Miniaturisierung

Neue Stents für verengte Gallenwege

Im Bild zu sehen ist die schematische Darstellung der Bauchorgane, wobei die Galle und der Gallengang aufgeschnitten und grün hervorgehoben sind.

Der Gallengang (in der Darstellung der grüne Schlauch) kann verstopfen oder sich verengen. Mediziner setzen dann Stents ein, damit die Gallenflüssigkeit weiter abfließen kann. Diese müssen allerdings häufig gewechselt werden. Um Patienten operative Eingriffe zu ersparen, arbeiten Rostocker Forscher an neuartigen Stents, die länger im Gallengang bleiben können.

Quelle: Iom123/Fotolia
KMU-innovativ

Für Menschen mit schweren Gallenerkrankungen sind Gallengang-Stents eine wichtige Behandlungsoption, die nicht selten Leben rettet. Die gängigen Modelle müssen allerdings nach spätestens einem halben Jahr gewechselt werden. Im Projekt "GastroFreeFlow" entwickeln Wissenschaftler der Uni Rostock gemeinsam mit Industriepartnern jetzt eine neue Generation von Stents, die wesentlich länger halten sollen. von Ulrich Kraft

Bösartige Tumoren, eine Leberzirrhose, chronische Entzündungen der Bauchspeicheldrüse – Verengungen und Verschlüsse der Gallenwege können zwar viele verschiedene Ursachen haben, doch die Konsequenzen sind häufig die gleichen. Um die Gallengänge offen zu halten und so das Abfließen der Gallenflüssigkeit in den Zwölffingerdarm weiterhin zu ermöglichen, setzen Ärzte den Betroffenen sogenannte Stents ein. Da sich auf der Innenseite dieser kleinen Kunststoffhülsen Gallensalze, Cholesterin und Bakterien ablagern, verstopfen diese allerdings sehr schnell. Deshalb müssen die derzeit gängigen Gallengang-Stents meist schon nach drei Monaten, spätestens aber nach einem halben Jahr operativ gewechselt werden. Wie jeder Eingriff birgt das die Gefahr von Komplikationen. Darüber hinaus sind die regelmäßig notwendigen Operationen für viele der Patienten auch psychisch sehr belastend.

Zwei junge Frauen sitzen hinter einem Labor-Prüfstand und schauen in die Kamera.

Mareike Warkentin (re.) und ihre Kollegin Carolin Deutsch an einem Prüfstand zur Untersuchung des Inkustationsverhaltens der neuen Stents

Quelle: Universität Rostock / Warkentin

„Es muss doch möglich sein, da eine bessere Lösung zu finden!“ Dieser Gedanke schoss Mareike Warkentin vom Lehrstuhl Werkstoffe für die Medizintechnik an der Universität Rostock sofort durch den Kopf, als Mediziner des Kooperationspartners Klinikum Südstadt Rostock ihr vor einiger Zeit von diesen Schwierigkeiten berichteten. Statt es beim bloßen Gedanken zu belassen, suchte die promovierte Biologin und habilitierte Ingenieurin das Gespräch mit Medizintechnikunternehmen und machte sich daran, einen Forschungsantrag zu schreiben – mit Erfolg. Inzwischen leitet Warkentin das Projekt „GastroFreeFlow“, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen der Initiative KMU-innovativ mit 1,5 Millionen Euro gefördert wird.

Polyurethane als flexible Alternative

Das Ziel lautet, Gallengang-Stents zu entwickeln, die nicht mehr oder zumindest erst wesentlich später verstopfen. Und auch ein zweites Manko wollen die Wissenschaftler beseitigen. Die momentan erhältlichen Modelle sind aus Polyethylen oder Teflon gefertigt und deshalb relativ steif. Dies birgt die Gefahr, dass beim Einsetzen der Stents per Endoskop das umliegende weiche Gewebe verletzt wird. Um die Pläne in die Tat umzusetzen, arbeiten Mikrobiologen, Ingenieure, Mediziner, Biotechnologie-Experten und Chemiker bei „GastroFreeFlow“ Hand in Hand. „Die interdisziplinäre Zusammenarbeit macht das Projekt für mich besonders reizvoll“, sagt Mareike Warkentin. „Durch die verschiedenen Partner mit ihren jeweiligen Kompetenzen sind alle wichtigen Bereiche abgedeckt.“

Ihr Hauptgebiet ist die Materialentwicklung. Im Fokus stehen dabei sogenannte Polyurethane (PUR) – eine in den 1930ern erstmal synthetisierte Gruppe von Kunststoffen, aus der viele Abkömmlinge schon lange in Medizinprodukten verwendet werden. „Wir nutzen ganz bewusst Materialien, die bereits eine medizinische Zulassung haben“, erläutert Warkentin. „Das macht es einfacher, die Stents auch auf den Markt zu bringen.“ Variiert werden Parameter wie der Härtegrad der Polyurethane und die Wanddicke der stützenden Röhrchen im Gallengang. Dabei gilt es einen schwierigen Spagat zu meistern. Einerseits sollten die Stents im Idealfall so weich und flexibel sein wie die natürlichen Gallenwege. Andererseits müssen sie aber auch die nötige Stabilität aufweisen, um nach dem Einsetzen nicht zu kollabieren.

Mikroorganismen liefern innovative Beschichtung

Um die Gefahr der Verstopfung zu minimieren, sollte der Innendurchmesser möglichst groß sein. Der maximale Außendurchmesser der Stents ist durch die Endoskopie-Geräte aber auf 3,3 Millimeter begrenzt.  „Deshalb versuchen wir, die Wandstärke zu minimieren und dadurch den Innendurchmesser zu vergrößern“, berichtet die Projektleiterin aus Rostock. Ein weiterer Ansatzpunkt um die Lebensdauer zu verlängern, ist die Beschichtung der Stents. Im Center for Life Science Automation (CELISCA), einem der Projektpartner bei GastroFreeFlow, analysieren Experten, was genau sich in den Stents ablagert und sie verstopft. Neben Bestandteilen der Gallenflüssigkeit wie Gallensäuren und Cholesterin scheinen Bakterienansiedelungen bei dem als Inkrustrieren bezeichneten Prozess eine maßgebliche Rolle zu spielen. „Wir wollen die relevanten Parameter identifizieren, um dann gegen sie etwas ausrichten zu können“, sagt Mareike Warkentin.

Drei schneckenartige Gebilde schwimmen durch das Bild. Im Hintergrund sind grün-fluoreszierende Flächen und Punkte zu sehen.

Die Stents sollen mit Tetraeder-Lipiden beschichtet werden, die während des Stoffwechselprozesses von Archaeen, auch Urbakterien genannt, entstehen.

Quelle: fotoliaxrender/Fotolia

Hier kommt mit dem Institut für Bioprozess- und Analysenmesstechnik (IBA) in Heiligenstadt ein weiterer Projektpartner ins Spiel. In Kooperation mit der Forschungseinrichtung des Freistaats Thüringen arbeiten Warkentin und ihre Rostocker Kollegen an einer neuartigen Beschichtung der Gallengang-Stents. Fleißige Helferlein sind dabei sogenannte Archaeen, früher auch Urbakterien genannt. „Die Mikroorganismen synthetisieren extrem robuste Zellbestandteile“, erläutert Warkentin. „Diese Tetraeder-Lipide wollen wir nutzen, um die Stents innen zu beschichten.“ Welche Archaeen sich dazu am besten eignen, untersuchen die Wissenschaftler vom IBA. Aufbereitet und in größerem Umfang produziert werden die Mikroorganismen vom Institut für Bioanalytik, Umwelttoxikologie und Biotechnologie Halle GmbH, einem mittelständischen Unternehmen, das unter anderem auf die Herstellung von biologischen Wirk- und Wertstoffen spezialisiert ist. „Diesen Bereich finde ich als promovierte Biologin natürlich besonders spannend“, sagt Warkentin.

Marktfähiges Produkt als Projektziel

Das IBA fungiert als Zulieferer für die RoweMed AG, den größten Industriepartner bei GastroFreeFlow. Das Medizintechnikunternehmen aus Parchim in Mecklenburg-Vorpommern möchte mit den innovativen Gallengang-Stents sein Portfolio erweitern und übernimmt nach Abschluss des bis 31. Dezember 2018 laufenden Projekts auch den Vertrieb. „Am Ende soll ein verwertbares marktfähiges Produkt herauskommen“, stellt Mareike Warkentin klar. Bis dahin ist allerdings noch einiges zu tun. Im Moment baut das Team von der Uni Rostock einen Prüfstand, der den natürlichen Gallenwegen nachempfunden ist. Dort kann dann exakt getestet werden, welche Materialien, Formen und Beschichtungen die Lebensdauer der Stents entscheidend verlängern. Unmittelbar nach der Projektlaufzeit soll dann die für die Zulassung notwendige klinische Studie starten.

GastroFreeFlow sei ein sehr ambitioniertes Projekt, von dem aber auch sehr viele Menschen profitieren würden, meint Warkentin. Laut Schätzungen brauchen allein in Deutschland rund drei Millionen Patienten zumindest zeitweise einen Gallengang-Stent. Europaweit rechnet die 36-Jährige Forscherin mit über 20 Millionen Kranken, die auf diese oft lebensrettende Therapie angewiesen sind. „Haltbarere Stents wären für deren Lebensqualität ein enormer Fortschritt“, so Mareike Warkentin.

Mehr im Internet:

Website des Lehrstuhls Werkstoffe für die Medizintechnik der Universität Rostock

©Medizintechnologie.de

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