Wie uns neue Technik gesünder macht

Wie uns neue Technik gesünder macht

Die ersten 3D-Drucker stehen bereits im heimischen Wohnzimmer, drucken Löffel und andere kleine Gegenstände des täglichen Gebrauchs – schön anzusehen und ein spannender Zeitvertreib bei lahmen Familiengeburtstagen. Doch in der Medizin ist der 3D-Drucker einer der Shootingstars. Im Januar druckte ein Gerät das Herz einer 4-Jährigen aus und rettete ihr das Leben. Das ist noch nicht alles: Plasma soll Wasser von Schadstoffen befreien und Wunderkleber könnte schon bald die Naht nach Operationen überflüssig machen. KPMG-Gesundheitsexperte Volker Penter erklärt die neue Zeit in der Medizin.

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3D-Herz

Vier Jahre ist Adaenelie Gonzalez erst auf der Welt, doch sie musste bereits um ihr Leben kämpfen – und hat dank der 3D-Drucktechnik den Kampf gewonnen. Zum Hintergrund: Die kleine Adaenelie wurde mit einer Anomalie der Lungenvenen geboren. Eigentlich fließt durch diese Venen mit Sauerstoff angereichertes Blut zurück zum Herzen. Doch durch die Krankheit floss das Blut nicht den linken Vorhof, sondern in andere Teile des Herzens.

Das kleine Mädchen musste zuvor bereits mehrere Operationen über sich ergehen lassen. Vor dem vierten Eingriff hatte sich das Team um Herzchirurg Dr. Redmond Burke per CT-Aufnahmen das Herz der kleinen Adaenelie ausdrucken lassen. Die Planung der Operation war so viel einfacher, die Ärzte konnten sich plastisch ansehen, welches Areal des Herzens defekt ist. Die 4-Jährige ist nun wohlauf.

„Beim Material handelt es sich um eine digitale Plastik. Sie ist mit Gummi vergleichbar, jedoch nicht so klebrig, das Material bleibt flexibel. Wir haben den 3D-Druck angefertigt, damit die Chirurgen sich ein besseres Bild vom Herz machen können. Das ist das erste Mal, dass wir ein Organ eines Patienten ausgedruckt haben“, sagte Chelsea Balli vom Miami Children’s Hospital im US-Bundesstaat Florida.

Wie das Magazin „Stern“ berichtet, hält ein Stück 3D-Druck auch den kleinen Kaiba Gionfriddo am Leben. Die Luftröhre des Babys war defekt, kollabierte. Der Atem stoppte, ab und an setzte sogar das Herz aus. Am Computer wurden die genauen Atemwege des Jungen untersucht, aufgezeichnet und eine passgenaue Stütze per 3D-Druck angefertigt. Sie hält die Luftröhre stabil. Wie das Magazin weiter berichtet, arbeiteten Herz und Atemweg des Jungen nach dem Eingriff gleichmäßig. Nach drei Jahren wird sich der Kunststoff-Druck aufgelöst haben, wenn alles planmäßig verläuft – dann soll die Luftröhre stark genug sein, ohne Stütze auszukommen.

In den USA wird bereits viel mit 3D-Druckern in der Medizin probiert. Einem 7-Jährigen wurde eine Unterarmprothese in Star-Wars-Optik ausgedruckt – für umgerechnet weniger als 300 Euro. Das entspricht einem Bruchteil der eigentlichen Kosten. Möglich macht das die gemeinnützige Organisation e-NABLE, die  den Menschen helfen will, die sich diese Anschaffungen sonst nicht leisten könnten.

Im Klinikum Dortmund gehören Knie-Prothesen, die per 3D-Drucker gefertigt werden, bereits seit zwei Jahren zum festen Bestandteil einer Therapie, z.B. von Arthrose. „Rund sechs bis acht Wochen vor einer OP kommen die Patienten ins Klinikum, um den aktuellen Zustand des Beingelenks im Computertomographen ermitteln zu lassen. Eine spezielle Software liest dann die Daten aus. Die schicken wir  nach Boston in den USA und bekommen von einem 3D-Drucker, der dort steht, eine passgenaue Prothese zurück“, sagte Marc Raschke vom Klinikum Dortmund.

Die neue Technik lohnt sich: „Bei der Knie-Prothese ´von der Stange` hatten wir früher einen nicht unerheblichen Teil von Patienten, die nach den Operationen über Beschwerden geklagt hatten. Das waren dann Beschwerden wie z.B. ein Fremdkörpergefühl hinter der Kniescheibe. Durch die neue Technik sind die Prothesen deutlich passgenauer. Es gibt aber natürlich noch keine Langzeit-Erfahrungen, da die Technik  sehr neu ist“, so Raschke weiter.

„Krankenhäuser werden künftig noch stärker um Patienten konkurrieren, da können bestimmte Technologien in den Einrichtungen schon den Unterschied ausmachen. Deshalb ist für Krankenhäuser auch jetzt die richtige Zeit, in neue Technik zu investieren“, beobachtet KPMG-Gesundheitsexperte Volker Penter.

So funktioniert der 3D-Drucker

Beim 3D-Drucker werden Kunststoffschichten nach und nach aufeinander aufgetragen, so werden die Gegenstände dreidimensional. Eine Funktionsweise ist beispielsweise, dass ein Kunststoffpulver mit Flüssigharz überzogen und dann millimetergenau von einem Laser bestrahlt wird. Dadurch härtet nur das aus, was später zum Druck gehören soll. Danach folgt die nächste Schicht – bis das gewünschte Teil komplett fertig ist.

Möglich ist aber auch, dass der Laser das Ausgangsprodukt punktgenau abschmilzt und so das gewünschte Teil entsteht. Der Vorteil: Es kommen keine Klebstoffe zum Einsatz. Experten nennen das Laser-Sintern. So lassen sich zum Beispiel Metalle und Keramikwerkstoffe aufbauen.

Wunderwaffe Plasma

Ein ganz anderes Gebiet neuester Forschung stellt das Arbeiten an und mit Plasma dar. Dr. Michael Haupt vom Fraunhofer-Institut testet gerade die Wirkung von Plasma in Bezug auf Schadstoffe im Wasser. „Dieser Teil der Forschung ist eher als exotisch einzuordnen. Das Verfahren funktioniert so, dass Plasma direkt über der Wasseroberfläche gezündet wird. Durch die freiwerdenden Radikale zersetzen sich dann die Schadstoffe im Wasser. Wir reden hier über Pestizide im Wasser oder Produkte aus der Galvanik, die schwer abbaubar sind – bislang sind jedenfalls noch keine ähnlichen Ansätze bekannt.“ Schwierig ist besonders, dass das Wasser mit dem Plasma nicht in Berührung kommen soll, sondern geschickt an ihm vorbeigelenkt werden müssen. Bislang können so 240 Liter pro Stunde in so einem Reaktor gereinigt werden, so Haupt weiter.

Auch in der Wundheilforschung könnte Plasma zur echten Wunderwaffe werden. Mit sogenannten „Plasma-Pens“ könnten Keime in chronischen Wunden deutlich reduziert werden. „Hier fehlen aber noch genaue Ergebnisse, denn die Wirksamkeit ist noch nicht eindeutig belegt. Es ist nicht klar, ob diese Art der Behandlung dem Wohl des Patienten eher ab- oder zuträglich ist“, erklärt Haupt den Stand der Plasma-Forschung zur Keimreduzierung.

Unter Plasma versteht man den vierten Aggregatzustand – neben gasförmig, flüssig und fest. Wird dem Aggregatzustand Gas weitere Energie zugeführt, trennen sich die Elektronen vom Kern und bewegen sich frei umher. Plasma gilt deshalb als ionisiertes Gas. Durch seine elektrische Leitfähigkeit hat dieser Stoff bestimmte Eigenschaften. Neben heißem Plasma, aus dem zum Beispiel die Sonne zu einem Großteil besteht, kann auch künstlich kaltes Plasma erzeugt werden – jener Stoff, an dem Wissenschaftler Haupt forscht.

Kleber, der Wunden schließt

Mit der besseren Heilung von Wunden befasst sich auch ein Forscherteam der RWTH Aachen. Die Wissenschaftler arbeiten an einem Wundenkleber, der auf die Haut aufgetragen wird und Schnitt- und Platzwunden schließen soll. In Zukunft soll der Kleber auch direkt im Körper zur Anwendung kommen und Blutungen an Organen stoppen oder Wunden luftdicht verschließen. Beim Kleber handelt es sich um eine elastische Substanz, einem biologisch abbaubaren Gewebekleber. Künftig soll der Medizin-Neuling in der plastischen Chirurgie, in der Notfallmedizin sowie in klassischen Operationen angewandt werden. Innerhalb von nur 30 bis 40 Sekunden soll er komplett aushärten und „nach 30 Tagen gibt es keine Rückstände mehr“, sagte Marius Rosenberg, einer der beteiligten Forscher, dem Online-Portal des „WDR“.

Die Wissenschaftler waren 2014 in den USA, um ein Preisgeld von umgerechnet rund 441.000 Euro in Empfang zu nehmen. Der nächste Schritt ist die Marktreife des Produktes.

Besonders viel passiert laut Penter auch gerade in der personalisierten Medizin, also dass beispielsweise in standardisierte Medikamente – wie die Anti-Baby-Pille – auf den Patienten angepasst werden.

„Generell ist die Digitalisierung in der Medizin gerade ein großes Thema. Nehmen wir die Telematik oder Tests mit Robotern. Am Modell werden Operationen vom Chirurgen simuliert, die dann am Menschen von Maschinen ausgeführt werden. Menschen sind nunmal keine Maschinen, sondern ihnen unterlaufen mitunter Fehler. Mit dem Einsatz der Roboter sinkt die Fehlertoleranz sodann auf null“, erklärt Penter.

Redaktion: Moritz Ballerstädt

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