Forschung verbindet Mensch und Maschine

••• Von Katrin Waldner

Eine neue Entwicklung jagt die nächste, immer schneller, immer kleiner, immer ausgeklügelter werden medizintechnische Geräte. Möglich macht das die Natur. Sie ist Vorbild für Forscher, die Eigenschaften, die durch die Evolution in Jahrmillionen entstanden sind, auf technische Geräte übertragen. Und österreichische Unternehmen und Forscher sind hier international durchaus vorn mit dabei.

Die Bionik, also die Nachahmung der Natur, hat auch in der Medizintechnik Einzug gefunden, die Verschmelzung von biologischem und technischem Material wird mehr und mehr perfektioniert. „Wir sind immer auf der Suche nach der besseren, der effizienteren und einfacheren Lösung – die Natur hält sie oft parat”, erklärt Rainer Ostermann, Country Manager von Festo Österreich.
Wer an Science-Fiction und an dort immer wieder gezeigte Mensch-Maschinen als Zukunftsszenario denkt, hinkt der Entwicklung allerdings hinterher. Denn im Grunde sind bereits Menschen mit Herzschrittmacher per definitionem bereits Cyborgs, also die Verknüpfung von Mensch und ­Maschine.
Seit ihrem ersten Einsatz hat sich auf diesem Gebiet viel getan. Die tragbaren Schrittmacher wurden in den 1950er-Jahren vom US-Unternehmen Medtronic entwickelt. Damals waren sie noch klobige Geräte, die das Herz über Kabel stimulierten und mit wenig Akkulaufzeit ausgestattet waren. Die Zeiten haben sich längst geändert: „Moderne Herzschrittmacher können heute bereits direkt ins Herz implantiert werden und sind kabellos”, erklärt Eric Gasser, Senior Manager-Public Relations and Communications bei Medtronic. Der neue Herzschrittmacher des Unternehmens besitzt in etwa die Größe einer Vitaminkapsel und wird ähnlich wie ein Stent durch eine Vene vom Bein aus in das Herz eingebracht.

Gedankengesteuerte Prothese

Ähnliche Fortschritte hat es bei Handprothesen gegeben. Die Prothesen selbst gibt es ja schon seit Jahrhunderten in einfacher Form – man denke etwa an den Haken von Kapitän Hook, der im Nimmerland ständig auf der Jagd nach Peter Pan ist. Mit solchen Bildern hat ein Hand-Ersatz der neuesten Generation nicht mehr viel zu tun: In Wien wurden Anfang dieses Jahres die ersten drei Personen nach schwersten Nervenverletzungen mit gedankengesteuerten Handprothesen ausgestattet. Entwickelt wurden die Bionik-Prothesen vom österreichischen Tochterunternehmen des deutschen Medizintechnikkonzerns Otto Bock HealthCare. Nach entsprechender Vorbereitung lernten die Patienten, die von den Muskeln ableitbaren elektrischen Signale zur Steuerung ihrer neuen Hand zu verwenden.

Kraftverstärkung

Ein anderes Gerät, das eine Hand zwar nicht ersetzten, aber unterstützen kann, hat die deutsche ­Festo, die in Österreich einen Standort hat, hergestellt: Eine „ExoHand”, die etwa zur Kraftverstärkung oder bei Therapien eingesetzt werden kann. Sie ist ein Exoskelett, das wie ein Handschuh angezogen werden kann. Mit ihr lassen sich Finger aktiv bewegen, die Kraft in ihnen lässt sich verstärken. Außerdem können die Bewegungen der Hand aufgenommen und in Echtzeit auf Roboterhände übertragen werden.

Die ExoHand ist nicht die einzige bionische Entwicklung von Festo, bei der man vom Prinzip der Nachahmung überzeugt ist: „Geht es um Effizienz, kann man von der Natur viel lernen. Sie hat im Laufe der Evolution Lösungen entwickelt, die man mit Forschergeist, Know-how und Erfahrung ausgezeichnet in die Technik übertragen kann. Wir schauen uns daher Tiere und Insekten sehr gern ganz genau an, aber auch den Menschen und seine Bedürfnisse. Ein Beispiel dafür ist unser bionischer Handling-Assistent, der einem Elefanten-Rüssel nachempfunden wurde und Menschen künftig bei ihrer Arbeit unterstützen kann”, erzählt Ostermann.
Ähnlicher Ansicht ist auch ­Ronald Naderer, der sich mit seinem Unternehmen FerRobotics mit Sitz in Linz auf Robotik spezialisiert hat: „Anpassung ist das Erfolgsprinzip der Evolution. Kontaktgefühl ist eine überlebenswichtige Sinneswahrnehmung für das situativ angepasste Verhalten. Genau diese Kompetenzen bringen wir in die Robotik.” Ein Produkt des Unternehmens ist ein Schulter-Rehagerät; es verfügt über eine haptische Gefühlskompetenz. Der Therapeut gibt das Bewegungsmuster am Gerät frei vor und es führt dann den Patienten exakt, erkennt und integriert eventuelle Schmerzgrenzen des Patienten intuitiv.

„Skelett” für Gelähmte

Im Sommer hat die an der Nasdaq in New York notierte Firma ReWalk Robotics die bereits sechste Generation seines ReWalk Personal-Systems vorgestellt – ein Exoskelett, das Menschen mit Querschnittslähmung ermöglicht zu gehen. „Mit ‚ReWalk 6.0' bieten wir Menschen mit Querschnittslähmung ein Exoskelett-Design, das besser passt, schneller läuft und eine bessere Kontrolle über das Gangbild ermöglicht als die bisherigen Systeme”, sagte ReWalk-CEO Larry Jasinski.

Weltweit führt das Nachahmen von natürlichen Prozessen zu rasanten Techniksprüngen und Verbesserungen für Patienten. Im Sommer wurde in der Wiener Rudolfstiftung erstmals einem Patienten ohne zentrales Sehvermögen die Netzhautprothese „Argus II” eingesetzt, dank der er die Silhouetten von Personen wieder erkennen kann. Das System wandelt Videoaufnahmen einer Minikamera, die in die Brille des Patienten eingebaut ist, in Serien kleiner elektrischer Impulse um, die kabellos auf Elektroden auf der Netz­hautoberfläche übertragen werden. Diese Impulse stimulieren die noch vorhandenen Netzhautzellen und bewirken eine entsprechende Wahrnehmung von Lichtmustern im Gehirn. Indem der Patient lernt, diese Muster von Seheindrücken zu interpretieren, erlangt er eine gewisse Sehfunktion wieder.

Hirnstimulation

Die Bionik hat mittlerweile in alle Teile des menschlichen Körpers Einzug gehalten – sogar im Gehirn: „Sensationelle Entwicklungen gibt es auch im Bereich der Hirnstimulation; hier werden ganz gezielt Bereiche im Gehirn stimuliert, etwa wenn es Bewegungsstörungen gibt wie bei Parkinson. Hier forscht man gerade in den verschiedensten Hirnbereichen. Auch Sprechprobleme lassen sich so teilweise schon stimulieren”, beschreibt Eric ­Gasser von Medtronic weitere Neuheiten.

Bei der Medtronic DBS Therapie lindert man mithilfe einer Hirnstimulation viele Symptome des Idiopathischen Parkinson-Syndroms. Die anpassbare, reversible Behandlung basiert auf einem implantierten Gerät, das elektrische Impulse an das Gehirn abgibt. Auf diese Weise werden die Signale blockiert, die die Krankheitssymptome hervorrufen; die motorischen Fähigkeiten verbessern sich.

Bauchspeicheldrüse

Medtronic kann auch mit anderen Hilfen für Patienten aufwarten – zum Beispiel für Zuckerkranke: „Eine Entwicklung sind auch ­‚intelligente' Insulinpumpen, die auch den Blutzuckerspiegel im Bauchgewebe messen und schon sehen, wie die Tendenz ist.” Das System ist weltweit das erste, das nicht nur automatisch die Insulingabe aussetzt, wenn anhand des vom Sensor gemessen Glukosespiegels die Annäherung an eine Untergrenze prognostiziert wird, sondern auch die Insulingabe wieder aufnimmt, sobald sich der gemessene Glukosespiegel erholt hat.

„Das Management von Hypo­glykämien und gegenregulatorische Hyperglykämie nach der Behandlung zählt zu den größten Herausforderungen beim Umgang mit Diabetes”, berichtet Thorsten Siegmund, Diabetologe am Klinikum München Bogenhausen. „Wir sind natürlich noch nicht so weit, dass es eine künstliche Pankreas gibt, aber wir machen riesige Schritte in diese Richtung”, ist Gasser zuversichtlich.