Wildtiere als technische Wegbereiter für die Wirbelsäulen-Chirurgie
Chirurgen können bald mit einer Instrumententechnik, die von Wildtieren abgeschaut wurde, Bandscheibenvorfälle behandeln. Die Idee dazu stammt von Katzen und Schlangen.
Kein Weg zurück: Die parallel ausgerichteten Schienen sind mit Widerhaken ausgestattet. Sie transportieren das entnommene Gewebe sicher in die Patrone der Knochenstanze hinein.
Foto: Fraunhofer IPA
Bionik-Forscher beobachteten Katzen und Schlangen bei der Futteraufnahme und ließen sich von deren Technik beim Zerkleinern und Herunterwürgen von sehnigem Fleisch inspirieren. Daraus entwickelten sie eine Knochenstanze, die chirurgische Eingriffe beschleunigen, die Infektionsgefahr verringern und leichter zu bedienen sein soll.
„Wir starten jetzt die klinische Erprobung einer Kleinserie“, sagt Entwickler Oliver Schwarz vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA). Das Instrument soll später in Krankenhäusern zum Einsatz kommen.
Reißzähne der Katzen schneiden wie eine Schere
Oberstes Ziel der Forscher war, dem Instrumentennamen alle Ehre zu machen und Knochen- oder Gewebestücke tatsächlich abzuknipsen statt sie wie bisher herauszureißen. Den Mechanismus schauten sich die Forscher bei Katzen ab, deren Reißzähne scherenartig aneinander vorbeiführen. „Bisher traf die medizinische Klinge direkt auf den Amboss“, sagt Schwarz. „Dadurch wurde sehniges Gewebe nur unzureichend abgetrennt, sodass die Ärzte immer ein wenig reißen mussten, wodurch die Ränder ausfransten.“
Neben dem formgenauen Abtrennen von Knochen-, Gewebe- und Knorpelmasse soll die bionische Stanze noch ein weiteres Problem lösen. Sie besitzt eine Einwegpatrone, die die abgelösten Stücke sammeln kann. Bisher musste das Instrument nach jeder Entnahme aus der Wunde herausgezogen, entleert und wieder eingeführt werden. Damit spart die neue Methode Zeit und verringert zudem die Infektionsgefahr.
Wie sich die Gewebestückchen in die Stanze transportieren lassen, zeigte die Anakonda-Schlange. Ihr Gebiss besteht aus nach innen gerichteten Zähnen. Im medizintechnischen Abbild bewegen sich Schienen mit Widerhaken jedes Mal, wenn der Griff gedrückt wird, parallel aneinander vorbei. So gelangt die Probe immer tiefer in die Patrone hinein.
Knockenstanzen verfügen sogar über ein Reservoir für Gewebeproben
Knochenstanzen werden vor allem in der Wirbelsäulenchirurgie und zur Entnahme von Knochenmark verwendet. Um die gefährliche Nähe des Rückenmarks zu meiden, nimmt der Operateur bei Eingriffen an Wirbelsäule oder Bandscheibe den Weg durch den Bauchraum. Mit dem Instrument entfernt er Substanzen, die ihm den Zugang erschweren.
Da das Instrument dank des neu entwickelten Schneidemechanismus fasrige Strukturen sauber abtrennen kann, eignet es sich zudem zur Entnahme von Proben. Bis zu 40 Gewebe- und Organabschnitte können in der Einwegpatrone aus Stahlblech gesammelt und vom Operationssaal direkt ins Labor geschickt werden.
IPA-Experte Schwarz schätzt den Bedarf an solchen bionischen Knochenstanzen als „sehr hoch“ ein. Für das Instrument werde rund 40 % weniger Kraft benötigt, was „angesichts der steigenden Zahl an weiblichen Chirurgen ein Vorteil ist“.
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