Medizintechnologie Wundermittel Spinnenseide

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Spinnenseide ist Nylon überlegen

Große Innovationen der Medizintechnik
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Die Entdeckung der „X-Strahlen“ im Jahr 1895 führten den deutschen Physiker Wilhelm Conrad Röntgen zum Nobelpreis. Seine revolutionäre Entdeckung machte er nur zufällig bei einem Experiment mit einer Kathodenstrahlröhre. Ein Jahr später, 1896, bauten die Niederländer Heinrich Hoffmans und Lambertus van Kleef in Maastricht eines der ersten Röntgengeräte.

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Arztpraxen werden auf Fehler durchleuchtet
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Der erste Herzschrittmacher wurde 1958 bei einem Patienten in Stockholm eingesetzt, nachdem es gelang ein Gerät zu entwickeln, das klein genug war. Damals mussten die Herzschrittmacher allerdings noch täglich extern neu aufgeladen werden. Heute halten sie viele Jahre, bevor ihre Batterien ausgetauscht werden müssen.

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Schlaganfall bei Kindern
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Der Magnetresonanztomograph, kurz MRT, hilft Ärzten dabei, sich die Organe eines Patienten ohne eine Operation ansehen zu können. Zunächst verbreitete sich die Technik in den Bereichen der Physik und Chemie. Abgebildet wurden beispielsweise flüssigkeitsgefüllte Modelle. Ab Mitte der 1970er Jahren wurde die Technik auch für die Untersuchung von Menschen genutzt. 1981 wurde die Kernspintomographie schließlich klinisch eingeführt.

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GE Healthcare Innovations
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Bei den Fortschritten im Bereich der MR-Tomographie geht es vor allem darum, bei den Patienten Stress und Ängste zu reduzieren. Eine neue Technologie macht die Untersuchung des Kopfes in der Röhre nahezu lautlos – und das bei hoher Bildqualität. Das dumpfe laute Klopfen, das mit bis zu 120 Dezibel die Lautstärke eines startenden Düsenflugzeugs erreichen kann, weicht einem kaum noch wahrnehmbaren Geräusch.

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GE Healthcare Innovations
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Patienten können sich heute sogar ihre eigene Entspannungswelt aufbauen: Mit Hilfe eines über einen Tablet-PC steuerbaren Systems werden während der MR-Tomographie beruhigende Naturaufnahmen an der Zimmerdecke gezeigt, dazu kommen Musik und Lichtfarben. Das Spektrum reicht vom gemütlichen Platz am Kamin über die Südseeinsel Tahiti bis hin zum Comic für Kinder – was auch immer dem Patienten am besten dabei hilft, den Stress zu reduzieren.

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Berlin, Arzt beurteilt Roentgen-und CT-Aufnahmen
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In den 1960er Jahren arbeitete der britische Elektrotechniker Godfrey Hounsfield an der Entwicklung der ersten Prototypen für die Computertomographie, bei der Röntgenstrahlen das Körpergewebe durchdringen und dreidimensionale Computerbilder produzieren. Die erste CT-Aufnahme an einem Menschen erfolgte schließlich im Jahr 1971. Und schon ein Jahr später entschied sich das Londoner Atkinson Morley Hospital für eine Anschaffung des ersten kommerziellen Gerätes.

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Mathematik ist in der CT-Bildgebung der Schlüssel zu besserer Bildqualität - aber auch zur Dosisreduktion. Die sogenannte modellbasierte iterative Rekonstruktion, ein mathematisches Verfahren zur Auswertung der Bilddaten, ist ein wichtiger technischer Meilenstein, den bis heute nur ein Hersteller vollzogen hat.

Für die Strahlendosis eines CT-Unterbauchscans fallen mit dieser Technik lediglich 0,2 Millisievert (mSv) an. Zur besseren Verdeutlichung: Auf einem Langstreckenflug von Berlin nach New York ist ein Passagier einer natürlichen Umgebungsstrahlung von 0,032 – 0,075 mSv ausgesetzt. 

* 1 Flug entspricht durchschnittlich 0,06 mSv (Helmholtz-Center)
** mit VEO, gemäß EUR - 16262 EN

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Auch an der Klinik für Plastische, Hand- und Wiederherstellungschirurgie der Medizinischen Hochschule Hannover wird seit Jahren im „Spidersilk Laboratory“ mit dem zart-robusten Biomaterial experimentiert. Der Rohstoff für die Versuche stammt übrigens von regelmäßig „gemolkenen“ Nephila-Spinnen, die auf einer hausinternen Spinnenfarm leben. Die Wissenschaftler haben beispielsweise auf einem engmaschigen Seidengeflecht („Matrix“) ein Stückchen künstliche Haut wachsen lassen. Denn Verbesserungen in der Gewebezüchtung werden u. a. für die Versorgung von Transplantations-Patienten mit Verbrennungen benötigt.

Weiter zeigten die Forscher in Hannover, dass ihre selbst hergestellten Fäden aus Spinnenseide dem derzeit in der Mikrochirurgie verwendeten Nylon überlegen sind – zumindest hinsichtlich Dehnbarkeit und Reißfestigkeit. Ein weiterer Vorteil der Spinnenseide als potenzielles Nahtmaterial, etwa beim Zusammenflicken von Nerven und Sehnen, ist ihre Biokompatibilität, also die hohe Verträglichkeit. „Sie wird über einen mittelfristigen Zeitraum im Körper abgebaut, ohne belastende Rückstände zu erzeugen“, ergänzt Klinikdirektor Peter Vogt. Zwei Patente wurden für Innovationen aus seinem „Spidersilk Laboratory“ bereits erteilt.

Weil Nervenzellen mit Vorliebe entlang von Spinnenfäden wachsen, haben die Forscher aus Hannover auch seidene „Rankgerüste“ konstruiert. Durch sie finden durchtrennte Nervenstränge wie an Leitschienen wieder zueinander. Ziel ist es, Nervendefekte zu überbrücken, etwa bei Unfallopfern. Die Erprobung beim Menschen steht allerdings noch aus, berichtet Chirurg Vogt: „Das auf Spinnenseide basierende Nervenkonstrukt wurde im Kleintier- und Großtiermodell getestet. Eine klinische Studie soll nun in absehbarer Zeit realisiert werden, da die Regenerationserfolge beachtlich waren.“

Auch Philip Zeplin ist zuversichtlich, dass Spinnenseide künftig in verschiedenen Bereichen der Medizin eine Rolle spielen wird. Der Chirurg, der von der Universitätsklinik Würzburg kommt und heute an der Universitätsklinik Leipzig arbeitet, hat im Tierversuch Silikonimplantate getestet, die mit einer mikrometerdünnen Schicht aus Spinnen-Seidenproteinen überzogen waren. Die „verkleideten“ Ersatzteile riefen, zumindest bei Ratten, weniger schwere Entzündungen und Verkapselungen im umgebenden Gewebe hervor als herkömmliche Silikonimplantate. Diese schmerzhaften und entstellenden Komplikationen sind beispielsweise von Frauen gefürchtet, die nach einer Krebsoperation ihre Brust wieder aufbauen lassen.

Die von Zeplin für die Beschichtung eingesetzten Proteine stammen allerdings nicht von einer Spinnenfarm. Sie werden unter dem Namen „Bioshield“ im bayrischen Biotechnologie-Unternehmen Amsilk hergestellt. Hier erzeugen gentechnisch veränderte Bakterien keine exakten, jedoch in mechanischer Hinsicht ebenbürtige Kopien der Spinnenproteine – in Form von weißem Pulver.

High-Tech-Faser „Biosteel“
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