Dr.-Ing. Jan Hansmann: ETface
Bei Herzschrittmachern oder bei Prothesen sind die Schnittstellen von Technik und Gewebe der kritischste Punkt. An einer optimalen Integration dieser Schnittstellen arbeitet die Nachwuchsgruppe ETface.
Wer heute einen Herzschrittmacher erhält, weiß, dass ihm in etwa sieben bis zehn Jahren erneut ein Eingriff bevorsteht. Dann muss die Batterie gewechselt werden, damit das Gerät weiterhin seine Aufgabe erfüllt. Dabei setzt ein Schrittmacher gerade mal einen kleinen Bruchteil seiner gespeicherten Energie dafür ein, die Herzmuskelzellen regelmäßig zu stimulieren. Mehr als die Hälfte der Energie geht verloren, entweder durch Leckströme oder durch Verluste an den Übergängen von Elektrode und Herzmuskel. Wenn es gelänge, diese Verluste zu verringern, könnten Herzschrittmacher länger arbeiten oder sehr viel kleiner sein.
Hier setzt das innovative „NanoMatFutur“-Projekt ETface von Herrn Dr.-Ing. Jan Hansmann an. Die Elektroden eines Herzschrittmachers werden vom menschlichen Gewebe als Fremdkörper erkannt und mit Narbengewebe eingeschlossen. An dieser Gewebsschicht geht ein großer Teil der eingesetzten Energie verloren. Abhilfe könnte ein System schaffen, das Körper und Technik kontrolliert miteinander verbindet und eine Vernarbung verhindert. Gesucht ist eine Schnittstelle, die sich nahtlos in das sie umgebende Gewebe integriert. Für eine gute Gewebe-Technik-Schnittstelle braucht es drei Stellschrauben: Neue Materialien, spezielle Oberflächenstrukturen und eine Funktionalisierung der Oberfläche sollen dafür sorgen, in Zukunft möglichst effizient Signale an Zellen zu übertragen. Ziel ist es, dass die Elektroden an ihrem Ende nicht mehr flach auslaufen, sondern ein dreidimensionales Netz bilden.
Getestet werden die neuen Elektroden an menschlichem Gewebe, das im Labor in Bioreaktoren hergestellt wird. Somit lassen sich standardisierte Tests und Messungen durchführen. Bindegewebe soll Auskunft über die Fremdkörperreaktion geben. Ganze Komplexe aus Herzmuskel- und Bindegewebe ermöglichen Vorhersagen auf das Funktionieren im menschlichen Körper. Auf Versuchstiere kann dadurch verzichtet werden und es wird durch den Einsatz menschlichen Gewebes eine bessere Übertragbarkeit der Ergebnisse auf den Menschen erreicht.
Effizientere Herzschrittmacher sind allerdings nur eine Anwendung von ETface. Denn Mensch-Maschine-Schnittstellen finden sich nicht nur im Herzen. Auch bei der tiefen Hirnstimulation, die zur Behandlung von Parkinson, Schmerz, Depression und Epilepsie eingesetzt wird, kommen Elektroden zum Einsatz. Diese senden elektrischen Strom in das Gehirn und schalten dort gezielt krank machende Areale aus. Die Ergebnisse von ETface lassen sich ebenfalls für die Weiterentwicklung von Prothesen nutzen. Wissenschaftler arbeiten intensiv daran, eine Verbindung zwischen der Prothese und den Nerven des Patienten zu schaffen. Auch hier sind optimal funktionierende Schnittstellen von zentraler Bedeutung.
Nachwuchsgruppenleiter Dr.-Ing. Jan Hansmann
Herr Dr.-Ing. Jan Hansmann studierte Technische Kybernetik an der Universität Stuttgart. Seine Promotion erfolgte am Fraunhofer Institut für Grenzflächen und Bioverfahrenstechnik (IGB) und der Universität Stuttgart. Seit 2010 entwickelt er Technologien wie beispielsweise Bioreaktoren oder Sensoren für den Einsatz innerhalb der Regenerativen Medizin. Während eines mehrmonatigen Aufenthalts bei einem Industriepartner in den USA konnte er seine Erfahrungen im Bereich der angewandten Forschung weiter ausbauen. Seit Oktober 2013 leitet er die „NanoMatFutur“-Nachwuchsgruppe ETface am Universitätsklinikum Würzburg.