Madrider Krankenhaus implantiert weltweit erste 3D-gedruckte Metamaterial-Knochenprothese und rettet das Bein eines Krebspatienten

Weltweit erstes Implantat

Chirurgen am Hospital General Universitario Gregorio Marañón in Madrid haben die weltweit erste personalisierte Knochenprothese aus Metamaterial entwickelt und implantiert und damit das Bein eines 38-jährigen französischen Patienten gerettet, dem die Amputation drohte. Pierre Chazel war vor etwa drei Jahren mit einem hochgradigen Knochensarkom im Schienbein diagnostiziert worden. Nach einer ersten Operation und einem herkömmlichen Implantat schwächte eine Infektion seinen Knochen so sehr, dass keine handelsübliche Prothese das durch Krebs und Infektion Zerstörte ersetzen konnte. Die einzig verbleibende Option war eine Unterschenkelamputation, die das gesamte Gelenk geopfert hätte.

Das Krankenhaus wandte sich an die Escuela Técnica Superior de Ingeniería Aeronáutica y del Espacio der Universidad Politécnica de Madrid (UPM), wo Ingenieure Luft- und Raumfahrttechnologie einsetzten, um eine Titanstruktur zu schaffen, die die mechanischen Funktionen des Knochens reproduziert. Das Implantat wurde im Krankenhaus selbst auf der Grundlage radiologischer Aufnahmen des gesunden Beins des Patienten in 3D gedruckt. Es wurde ein digitaler Zwilling seines gesunden Schienbeins erstellt und reale Belastungen (Gehen, Treppensteigen, sogar Stolpern) simuliert, um die genaue erforderliche Innengeometrie zu berechnen. Die Struktur besteht aus einem Netzwerk kleiner Titanstäbe, deren Geometrie das Gewicht ähnlich wie gesunder Knochen verteilt und es dem umliegenden Knochengewebe ermöglicht, um das Implantat herumzuwachsen.

Genesung des Patienten

Fast ein Jahr nach der Operation hat Pierre seine Beweglichkeit wiedererlangt und geht ohne Krücken. Er hatte keine Infektion oder Komplikationen im Zusammenhang mit dem Implantat und behält die Knieausrichtung und -bewegung bei. Er kann jetzt beim Gehen Gegenstände in der Hand tragen und verspürt keine Schmerzen mehr im Fuß.

Ich konnte mein Bein nach zwei Jahren wieder belasten und werde endlich wieder ohne Krücken gehen können.

Er beschrieb die Prothese als etwas, das er weder sieht noch spürt: „Es ist das, was ich habe, und es ist gut gelaufen.“ Das Implantat hielt sogar einem Sturz stand, bei dem sich Pierre das Handgelenk und den Knöchel brach, während das Schienbeimplantat intakt blieb, so Chirurg Rubén Pérez-Mañanes.

Gewicht und Festigkeit

Die Metamaterial-Prothese wiegt nach Angaben sowohl von Chirurg Rubén Pérez als auch von UPM-Forscher Luis Saucedo-Mora etwa 300 Gramm, verglichen mit knapp einem Kilogramm für eine konventionelle Prothese (Saucedo-Mora) oder bis zu zwei Kilogramm für ein massives konventionelles Implantat (Pérez). Eine Quelle gab das Gewicht ohne Angabe mit 150 Gramm an. Pérez erklärte, dass das Implantat in Simulationsmodellen über 500 Kilogramm aushält, während konventionelle Implantate zwischen 100 und 150 Kilogramm tragen.

Wir haben erreicht, dass es 300 Gramm wiegt und dass es laut Simulationsmodellen bis zu 500 Kilo trägt.

Breitere Anwendungen

Das Gregorio Marañón, das nationale Referenzzentrum (CSUR) Spaniens für Sarkome des Bewegungsapparats bei Erwachsenen und Kindern, behandelt etwa 600 Sarkompatienten pro Jahr. In Spanien werden jährlich etwa 2.600 neue Weichteilsarkome und 400 Knochensarkome diagnostiziert, was einer Inzidenz von etwa 5 bis 6 Fällen pro 100.000 Einwohner entspricht. Zwei weitere Patienten wurden bereits mit ähnlicher Technologie operiert, und das Team arbeitet daran, den Ansatz auf weitere Sarkomfälle auszuweiten. Das Krankenhaus hat 3D-Planung und Virtual-Reality-Tools auch bei anderen komplexen Fällen eingesetzt, darunter bei einem 7-jährigen Jungen namens Manuel mit einem Femursarkom, bei dem Chirurgen 3D-gedruckte Gewebemodelle und Augmented-Reality-Hologramme zur Planung und Führung der Operation verwendeten.