Neue Hoffnung bei Knieschäden: Elektrisch aktive Implantate aus Rostock
Immer mehr Menschen leiden unter Knieschmerzen, verursacht durch geschädigten Knorpel und Knochen. Übergewicht und Bewegungsmangel begünstigen diese Entwicklung. Professor Rainer Bader von der Orthopädischen Klinik der Rostocker Universitätsmedizin erklärt: „Ein hohes Körpergewicht führt im Zusammenspiel mit wenig Bewegung oft zur Überbeanspruchung des Knorpelgewebes, vor allem im Knie- und Sprunggelenk.“ Viele Betroffene benötigen bereits ab dem 50. Lebensjahr ein künstliches Gelenk. Doch Forscher in Rostock arbeiten an einer Alternative.
Der Sonderforschungsbereich ELAINE
Seit 2017 erforscht der Sonderforschungsbereich 1270 ELAINE an der Universität Rostock und der Universitätsmedizin Rostock, wie Knorpelschäden ohne künstliche Gelenke geheilt werden können. 80 Wissenschaftler aus verschiedenen Disziplinen – darunter Mathematik, Informatik, Maschinenbau, Physik, Materialwissenschaft, Elektrotechnik und Medizin – arbeiten gemeinsam an elektrisch aktiven Implantaten. Beteiligt sind auch Hochschulen in Erlangen, Greifswald, Leipzig, Mainz, Nürnberg und Wismar. Die Abkürzung ELAINE steht für „elektrisch aktive Implantate“.
Wie die neue Therapie funktionieren könnte
Die geplante Behandlung beginnt mit einem operativen Eingriff, bei dem das defekte Gewebe entfernt wird. In die entstandene Lücke wird ein Ersatzmaterial eingebracht, das als Gerüst für Knorpelzellen und Stammzellen dient. Zusätzlich wird ein elektrisch stimulierendes Implantat in der Nähe des Defekts befestigt, das ein elektrisches Feld erzeugt. Dieses Feld regt die Bildung von neuem, hochwertigem Knorpelgewebe an. Sobald genügend Gewebe nachgewachsen ist, wird das Implantat wieder entfernt. Professor Bader betont jedoch: „Noch wissen wir nicht ganz genau, wie die elektrische Stimulation patientenindividuell ausgelegt sein muss, um die besten Heilungsergebnisse zu erzielen.“ Entscheidend ist, dass sich hyaliner Gelenkknorpel bildet, nicht minderwertiger Faserknorpel.
Förderung und Perspektiven
Der Sonderforschungsbereich wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) bis 2029 gefördert, nun in der dritten Förderperiode. Bisher flossen rund 24 Millionen Euro, weitere 13 Millionen kommen hinzu. Die Universität Rostock und die Universitätsmedizin stellen zusätzlich 4,6 Millionen Euro bereit. Mecklenburg-Vorpommerns Wissenschaftsministerin Bettina Martin lobt das Projekt als „Leuchtturm-Projekt der sich rasant entwickelnden Medizintechnik“. Sonderforschungsbereiche gelten als Vorstufe von Exzellenzclustern und sind national hoch angesehen.
Weitere Forschungsbereiche: Intelligente Hüftgelenke und 3D-Druck
Neben Knorpelregeneration forscht ELAINE auch an „intelligenten“ künstlichen Hüftgelenken. Diese sollen Überbeanspruchung vermeiden und mittels neuartiger Materialien mechanische in elektrische Energie umwandeln, um Sensoren zu betreiben. So könnte das Implantat selbst die Verankerung im Knochen überwachen. Ein weiteres Team arbeitet an bioaktivem Knochenersatz aus dem 3D-Drucker, der individuell an die Anatomie des Patienten angepasst werden kann. Doktorand Christian Polley erklärt: „Knochen besitzt bis ins hohe Alter eine gute Regenerationsfähigkeit, sodass Knochenzellen in offen-porige Implantate einwandern können.“ Die Forscher untersuchen, welche Materialien und Bedingungen dafür nötig sind.
Tiefe Hirnstimulation bei Parkinson
Ein vierter Teilbereich von ELAINE erforscht die tiefe Hirnstimulation, die bereits bei Parkinson eingesetzt wird. Dabei werden Elektroden ins Gehirn implantiert und ein Impulsgeber unter dem Schlüsselbein. Die Rostocker Neurologin Dr. Mareike Fauser erklärt: „Wir wollen verstehen, warum die elektrischen Impulse schneller auf motorische als auf nicht-motorische Symptome wirken.“ Ziel ist ein Gerät, das bedarfsgerecht Impulse aussendet – je nach Aktivität des Patienten. Derzeit wird an Zellkulturen geforscht, die Erkenntnisse fließen in Computersimulationen ein.
Interdisziplinarität und Nachwuchsförderung
SFB-Sprecher Professor Sascha Spors betont: „Unsere Stärke liegt in der gelebten Interdisziplinarität.“ Mehr als 100 Nachwuchswissenschaftler waren bisher eingebunden, über 300 Publikationen und zwölf Patente entstanden. Mit der Plattform STELLA+ wurde ein System aus Hard- und Software geschaffen, das elektrisch aktive Implantate ansteuert und biologische Signale in Echtzeit interpretiert. Spors bezeichnet dies als „Meilenstein für die adaptive elektrische Stimulation“.
