Künstliche Hüftgelenke erleichtern vielen Menschen das Leben. Eine neue Generation der Implantate soll noch mehr können: Rostocker Forschende tüfteln an einer Prothese, die mit Sensoren und Schaltungen ausgestattet ist. Das Ziel: Das Gelenk soll mitdenken.

Künstliche Gelenke halten zwar immer länger, aber nicht ewig. In Zukunft werden gerade jüngere Patientinnen und Patienten wiederholt operiert werden müssen, um verschlissene Gelenkprothesen zu ersetzen. Dass etwa eine künstliche Hüfte nicht ewig hält, liegt einerseits am Verschleiß, andererseits aber auch an einer Überbeanspruchung, sagt Daniel Klüß, der das Rostocker Prüflabor Innoproof leitet. Lässt sich der Überbeanspruchung beikommen? "Eindeutiges Ja", so Klüß.

Wissen 12.10.22

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An der Universität Rostock werden dafür elektrisch aktive Implantate entwickelt. Die Forschenden wollen unter anderem herausfinden, wie man aus mechanischer Energie, die beim Laufen oder Gehen entsteht, elektrische Spannung gewinnt. Dies sei die wichtigste Voraussetzung dafür, eine Intelligenz im Hüftgelenk der Zukunft unterzubringen, erläutert Klüß.

Dafür wird die Hüftprothese mit einer sogenannten Piezo-Keramik ausgestattet. "Im Labortest wird die mechanische Energie der Verformung des verwendeten Keramik-Materials in elektrische Energie umgewandelt." Die Verformung der Keramik geschieht etwa dadurch, dass eine Patient sein Implantat beim Gehen regelmäßig belastet. "Die dadurch entstehende elektrische Energie wird gesammelt, im Fachjargon sprechen wir von Energy Harvesting, um damit Sensoren und elektrische Schaltungen im Implantat zu versorgen", so Klüß.

Sensoren sollen Überlastung erfassen

Die Sensoren und Schaltungen in dem intelligenten Hüftimplantat sollen später vollkommen neue Funktionen ermöglichen. Ziel der Forschenden ist etwa, dass die künstliche Hüfte messen soll, wie es um die Qualität des umgebenden Knochens bestellt ist, und wie fest das Implantat noch im Knochen verankert ist.

Das neu entwickelte Diagnosesystem soll auch Auskunft darüber geben können, wie aktiv der Patient tatsächlich ist. Denn: Je aktiver der Patient, desto mehr elektrische Spannung wird erzeugt. Durch das Auslesen des Sensors können Ärzte später erkennen, ob beispielsweise Übungen im Rahmen einer Reha gewissenhaft absolviert wurden oder ob der Patient sein Implantat beim täglichen Joggen im Park überlastet hat oder im umgekehrten Fall zu Hause auf der Couch zu sehr geschont hat, erläutert Klüß.

Aber das intelligente Gelenk bietet noch mehr Potenzial: "Wir wollen die elektrische Energie nutzen, um das Knochenwachstum zu stimulieren." Das sei besonders wichtig für Patienten, die bereits ihre zweite oder dritte Hüftoperation hinter sich haben.