Smarte Textilien in der Medizin

Der Stoff, aus dem Medizinprodukte sind

Die medizintechnische Forschung hat das Garn entdeckt: Mit Sensoren bestückt, mit Schaltkreisen versehen, mit signalleitenden Fasern umhüllt scheinen dessen Einsatzmöglichkeiten nahezu unbegrenzt.

Quelle: Fotolia/emuck

Jahrtausende lang hatten Textilien auf unserer Haut vor allem eine Funktion: Sie schmückten und schützten den Körper vor äußeren Einflüssen. Zukünftig wollen Ingenieure, Designer und Techniker neben der Automobil- und Baubranche auch den Gesundheitsmarkt erobern – mit intelligenten Textilien für Therapien, Überwachung und Diagnostik. von Beate Wagner

Bis heute sind Textilien aus der Medizin nicht wegzudenken. Moderne Entwicklungen beflügeln die schwächelnde Branche der Textil- und Bekleidungsindustrie.

Ob es Therapiehandschuhe für Schlaganfallpatienten sind, T-Shirts, die Herzrhythmusstörungen messen, Mützen, die Hirnströme stimulieren, Socken, die über eine Sensorsohle Druckstellen melden oder Schmerzgürtel, die Rückenleiden lindern: Der Trend „Smart Textiles“ hat die Forschung längst in ihren Bann gezogen. Angesichts des demographischen Wandels und der alternden Gesellschaft sind vor allem schlaue Medizintextilien die Shootingstars der Branche.

Das Einsatzgebiet der Garne, Membrane oder Fasern mit Funktion scheint schier unbegrenzt: Sie sollen die Arbeit der Ärzte in Kliniken erleichtern. Sie könnten die ambulante Versorgung von Patienten verbessern. Und sie bieten die Chance, ältere Menschen in ihrem häuslichen Umfeld oder im Seniorenheim besser zu betreuen – und so beispielsweise vor Stürzen zu bewahren.

Riesiger Markt

Der SensFloor erkennt nicht nur, wenn jemand stürzt, und sendet dann ein Notsignal ans Pflegepersonal oder den Rettungsdienst. Er erkennt auch, wer über ihn hinweg geht.

Quelle: Future Shape

In Anbetracht des demographischen Wandels eröffnet sich dafür ein riesiger Markt, diese Erfahrung hat die Future-Shape GmbH mit dem SensFloor gemacht. Entstanden ist der intelligente Teppich in einem vom Bundesforschungsministerium geförderten Verbundprojekt. Er soll Älteren oder Demenzkranken den Komfort des eigenen Zuhauses oder ein selbstbestimmtes Altern beispielsweise im Seniorenheim ermöglichen. „Mit Sensoren ausgestattet verwandelt sich der Boden in ein großes Touchpad, das den Ort, die Anzahl und die Bewegung von Personen erkennt“, erklärt Geschäftführerin Christl Lauterbach. „Die Unterlage kann gehende von liegenden Personen unterscheiden; stürzt jemand, wird umgehend ein Notfallsignal an das Pflegepersonal abgesetzt.“ Die Sensorunterlage schaltet auch das Licht an, öffnet automatisch Türen oder signalisiert unbefugtes Betreten. Das System kann unter allen gängigen Belägen verlegt werden, so dass es unsichtbar bleibt.

„Die Nachfrage nach SensFloor ist in den letzten zwei Jahren um das Fünffache gestiegen“, berichtet die Future-Shape-Chefin. Sie schätzt das europäische Marktvolumen für Sensorböden allein im Pflegebereich auf etwa 100.000 Quadratmeter pro Jahr. Im Ausland laufe der Vertrieb für SensFloor allerdings besser als in Deutschland. „Unser größter Markt ist Frankreich, hier haben wir bereits 2012 ein Pflegeheim mit 70 Zimmern ausgestattet“, sagt die Unternehmerin. Zukunftsträchtige Entwicklungen würden dort zu einem Drittel staatlich bezuschusst. In Deutschland müssten die Firmen sich aus eigener Kraft auf dem Markt positionieren.

Dennoch: Durchbruch auf breiter Front

Ingeborg Neumann, Präsidentin des Gesamtverbandes der deutschen Textil- und Modeindustrie: „Wir stehen vor einem Durchbruch smarter Textilien auf breiter Marktfront.“

Quelle: textil+mode

„Textilien mit integrierten digitalen Funktionen bieten einen innovativen Quantensprung“, erklärt auch Ingeborg Neumann, Textilunternehmerin und Präsidentin des Gesamtverbandes der deutschen Textil- und Modeindustrie. „Wir stehen vor einem Durchbruch smarter Textilien auf breiter Marktfront.“ An allein 16 deutschen Textilforschungsinstituten arbeiten Textilforscher, Mediziner, Pflegespezialisten, Werkstoff- und Maschinenbauexperten interdisziplinär zusammen, um zum Beispiel Innovationen aus dem Bereich der sensorgestützten Textilien zur Marktreife zu bringen. Mit 13 Prozent machen die smarten Medizintextilien heute schon rund ein Achtel des Marktvolumens Technischer Textilien aus. Experten prognostizieren jährliche Zuwächse zwischen fünf und zehn Prozent.

Doch es gibt auch ein Problem, das vor allem für den Gesundheitsmarkt gilt: „Die Schnittstelle zwischen Forschung und der Industrie ist noch nicht ausgereift“, sagt Neumann. „Es dauert einfach noch zu lang, bis ein Produkt Marktreife erlangt.“ Biomaterialien, textile Implantate, Stents, Netze und Gefäßprothesen sind in Kliniken und Operationssälen in aller Welt schon längst etabliert. Die faserbasierte Wundsensorik, e-Textilien zum Langzeitmonitoring oder textile Aktuatorik – was in diesem Zusammenhang so viel wie Signalweiterleitung heißt – verlassen hingegen gerade die Forschungslabore und müssen den Weg vom Prototyp zum anwendungsreifen Produkt erst noch gehen.

Entwickler, die an einem Medizinprodukt arbeiten, brauchen einen langen Atem. Die größte Hürde vor allem für kleine und mittlere Unternehmen ist die CE- Zertifizierung.

Ein Produkt ist dann ein Medizinprodukt, wenn es laut seiner Zweckbestimmung dazu dienen soll, eine Krankheit oder Verletzung zu diagnostizieren, zu therapieren oder zu überwachen. Das trifft sowohl zu bei sensorgestützten Kleidungsstücken, die Rhythmusstörungen messen, bei elektrisch leitenden Fäden, die Schmerzen lindern, oder bei intelligenten Sensoren, die den Heilungsprozess von Wunden verkürzen. Hersteller, die ein solches Produkt auf den Markt bringen wollen, müssen schon frühzeitig im Hinterkopf haben, dass sie dafür eine CE-Zertifizierung durchlaufen müssen, die abhängig von der Risikoklasse des Produktes sehr aufwändig sein kann. Zudem sind die Textilien und Sensoren selbst noch sehr teuer, die Vergütung häufig ungeklärt.

In Geduld müssen sich auch die Forscher der Hohenstein Institute in Bönnigheim üben. Gefördert mit Geldern aus dem Zentralen Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) des Bundeswirtschaftsministeriums haben sie Artus (Artificial Uterus) entwickelt, die weltweit erste künstliche Gebärmutter, die ein zu früh auf die Welt gekommenes Kind in seinen Zustand vor der Geburt zurückversetzen kann, indem es motorische und akustische Reize wie im Mutterleib auf das Kind überträgt. Der Prototyp ist längst gebaut. Für die Zulassung als Medizinprodukt mit CE-Kennzeichnung sind nun aber die Industriepartner Beluga-Tauchsport GmbH, die Global Safety Textiles GmbH und die M. Zellner GmbH verantwortlich.

Artus unterstützt die Entwicklung von frühgeborenen Babys. Akustische und motorische Aktuatoren errzeugen sensorische Reize für das Frühgeborene.

Quelle: Hohenstein Institute

Die Anforderungen dafür sind hoch: So müssen zum einen über textile Materialeigenschaften wie Haptik, Elastizität und Widerstand die Bedingungen der Gebärmutter realitätsnah nachgeahmt werden. Dafür muss die Auswahl von Fasermaterial und Flächenherstellung gezielt aufeinander abgestimmt sein.

Der Prozess bis zur CE-Kennzeichnung entscheidet bei vielen Innovationen über deren Zukunft. „Wir kämpfen seit Jahren gegen den Trend, dass Produkte hierzulande zu stark reguliert werden, um dann zu spät oder gar nicht beim Patienten anzukommen“, sagt Artus-Projektleiter Professor Dr. Dirk Höfer. Die enormen Kraftanstrengungen, auch finanziell, die eine CE-Zertifizierung erfordert, könnten mittlerweile nur noch große Hersteller auf sich nehmen. „Es ist daher kein Wunder, wenn die innovative Vielfalt kleinerer und mittlerer Unternehmen verkümmert“, sagt Höfer. Derzeit befinden sich am Markt keine Medizinprodukte für Säuglings-Inkubatoren oder Hilfen zur Stabilisierung der Säuglinge, die eine sensorische Integrationstherapie ermöglichen. Artus wäre der erste Textiltherapeut seiner Art.

Die CE-Zertifizierung ist das eine – die Erstattung das andere. Werden innovative Medizinprodukte von den Krankenkassen nicht übernommen, können der Selbstzahlermarkt oder das Ausland eine Alternative sein.

Die Brüder Tobias (li.) und Johannes Weigl entwickeln Schmerzgürtel, die auf der Small Fiber Matrix Stimulation beruhen und das Schmerzgedächtnis der Patienten umprogrammieren.

Quelle: Bomedus

Die Brüder Tobias und Johannes Weigl, Gründer des Bonner Start-ups Bomedus, haben die Zertifizierung ihrer neuartigen Therapie als Medizinprodukt in nur einem Jahr hinter sich gebracht. „Wir waren auf den Prozess vorbereitet, ohne finanzielle und fachliche Unterstützung wäre das aber so schnell nicht möglich gewesen“, erinnert sich Tobias Weigl, der Medizin und Betriebswirtschaftslehre studiert hat. Die Brüder erhielten mehrere Millionen Euro an Förder- und Investorengeldern. 100.000 Euro haben sie selbst beigesteuert. „Positiv ausgewirkt hat sich zudem, dass wir schon diverse Studienergebnisse aus der Uni Bonn und der RTWH Aachen vorweisen konnten, welche die Wirksamkeit der Schmerzbänder belegten.“

Gleichförmige Stromimpulse verändern Schmerzgedächtnis

Die Technologie Small Fiber Matrix Stimulation (SFMS) der Firma Bomedus unterscheidet sich grundlegend von herkömmlichen Elektrostimulationsverfahren. Basis sind textile Elektroden, die gezielt nozizeptive Neurone in der Hautoberfläche aktivieren, also bestimmte Schmerzfasern, im Englischen „Small Fiber“ genannt. Die Elektroden hat das Unternehmen auf der Grundlage von Forschungsergebnissen des Textilforschungsinstituts Thüringen-Vogtland (TITV) in Greiz zusammen mit der Universität Bonn entwickelt. Sie bestehen aus leitfähigen, silberbeschichteten Polyamidfäden, die zu Punkten verwebt sind. An den Körper gelegt, schicken die Elektroden in der Matrix feine Stromimpulse direkt unter die Haut. Die gleichförmige Stimulation beruhigt die Nerven und verändert das Schmerzgedächtnis. „Bei Schmerzpatienten reagiert das schmerzverarbeitende System extrem sensibel“ erläutert Weigl. „Mit unserer Technologie verlernt der Patient seine Schmerzen, wir steuern durch die heilsamen Impulse sozusagen das Vergessen.“ Dies sei ein wichtiger und bis jetzt fehlender Baustein einer multimodalen Schmerztherapie.

Konzentration auf Selbstzahlermarkt und Ausland

2012 wurde das Start-up offiziell im Handelsregister eingetragen. 2014 wurde die SFMS-Technologie zugelassen, später dann die darauf basierenden Produkte. Mittlerweile bietet das Unternehmen Bänder und Gürtel mit elektrisch leitenden Fäden für sechs Schmerzregionen wie Knie, Rücken, Ellenbogen oder Nacken an. „Die SFMS wird seit zwei Jahren erfolgreich in Kliniken und Praxen eingesetzt, daher werden die Kosten von Berufsgenossenschaften mittlerweile auch vollumfänglich übernommen“, weiß Weigl. „Innovative Krankenkassen, denen vor einer Operation eine konservative und nicht-medikamentöse Behandlung von Schmerzpatienten wichtig ist, übernehmen die Kosten ebenfalls.“

Unabhängig von einer Kostenübernahme können die Geräte von Patienten rezeptfrei bezogen werden. Die Macher von Bomedus konzentrieren sich verstärkt auf den Selbstzahlermarkt und das Ausland. Ganz gleich, ob es Österreich, Schweiz oder Skandinavien ist – überall funktioniert der Vertrieb besser als in Deutschland. „Hierzulande ist die Medizintechnikbranche sehr konservativ und skeptisch“, sagt Weigl. „Neuerungen begegnet sie immer noch eher zögerlich.“

Gut Ding will Weile haben – und neben persönlichem Einsatz auch klinische Belege. Zwei Beispiele aus der Wundversorgung.

Die öffentliche Förderung eines Forschungsprojekts ist noch kein Garant dafür, dass es auf dem Markt ankommt. Oft braucht es zusätzlich eine große Portion persönliches Engagement. So geschehen bei der textilen Wundauflage Suprathel. Aufgebaut wie die natürliche Haut, ist Suprathel so etwas wie die „Mutter aller smarten Textilien“. Das Vorzeigeprodukt ist das Ergebnis jahrelanger Forschungen am Institut für Textil- und Verfahrenstechnik in Denkendorf. Jahrelang wurde der künstliche Hautersatz vom Bundesforschungsministerium und dem Land gefördert. Dann stiegen die Industriepartner aus. Institutsdirektor Heinrich Planck sattelte um – der Wissenschaftler wurde Unternehmer und gründete die PolyMedics Innovations GmbH aus. „Was wir erforscht hatten, wollten wir auch technisch umsetzten und die Gewinne daraus wieder in die Forschung zurückfließen lassen“, sagt Planck. Mittlerweile wird die künstliche Haut in 36 Ländern vertrieben.

Mit dem Wundversorgungssystem wurden bisher bereits über 25.000 Brandopfer weltweit geholfen. 75 Prozent aller deutschen Verbrennungskliniken setzen den temporären Hautersatz ein. Er besteht aus einer synthetischen, mikroporösen, elastisch verformbaren Polymermembran. Sie wird auf die gereinigte Wunde aufgelegt, gibt Milchsäure in die Wunde ab und minimiert so die Vermehrung von Bakterien – die natürliche Haut kann ungestört regenerieren.  Suprathel wird nur einmal aufgebracht und verbleibt dort bis zur völligen Abheilung. „ Suprathel funktioniert wie die natürliche Haut, die Wasserdampf aus dem Körper entlässt, ihn aber gegen Erreger abdichtet und die Wunde komplett bedeckt“, erklärt Planck. „Die textile Haut lindert nicht nur Schmerzen, sondern ermöglicht es der neuen Haut, darunter geschützt nachzuwachsen.“

Wundmonitoring spart Verbandswechsel

Zeichnerische Darstellung eines Querschnitts durch die Haut; obenauf liegt ein graues Pflaster, das von farbigen Strängen durchzogen ist.

Am Dresdner Institut für Textilmaschinen und Textile Hochleistungswerkstofftechnik entwickelt eine Arbeitsgruppe einen Wundverband, der über textilbasierte Sensoren den Verlauf der Wundheilung beobachtet.

Quelle: ITM/TU Dresden

Auch ein Projekt am Institut für Textilmaschinen und Textile Hochleistungswerkstofftechnik (ITM) der Technischen Universität Dresden lässt erahnen, wie lang der Weg einer Idee bis in die Klinik ist. Ziel der Forschergruppe um Projektleiterin Dr. Dilbar Aibibu ist es, miniaturisierte, hochflexible und hauchdünne textile Biosensoren zu entwickeln, die über die Heilung in einer chronischen Wunde berichten.

In Deutschland leiden rund vier Millionen Menschen an chronischen Wunden, die Therapie kostet das Gesundheitssystem acht Milliarden Euro. Chronische Wunden heilen nur sehr langsam, müssen oft über Monate oder Jahre mit Wundauflagen, Salben und Cremes versorgt werden. Die in Dresden entwickelten textilbasierten Sensornetzwerke sollen – integriert in Wundverbandsysteme – selbst bei längerer Verweilzeit der Verbände auf chronischen Wunden physiologische Parameter messen. Dazu zählen der pH-Wert, der Lactat-Gehalt oder die Wundrandtemperatur. Die intelligente Wundauflage verspricht, den Heilungsprozess objektiv zu überwachen. Verläuft er günstig, kann ein schmerzhafter Verbandwechsel hinausgezögert werden.

Die Forschung für das patientenfreundliche Wundmonitoring erfolgt in zwei vom Bundeswirtschaftsministerium geförderten Projekten von 2013 bis 2017. Danach muss die Methode noch im Tierversuch getestet werden. „Bis wir Ärzte solch ein Wundmonitoring haben, wird noch viel Zeit vergehen“, weiß Roland Aschoff, Oberarzt der Klinik und Poliklinik für Dermatologie in Dresden, der das Projekt aus ärztlicher Sicht berät und die vorklinischen Studien durchführen wird.

© Medizintechnologie.de/jej

Weitere Inhalte

  • Informationsdienst
  • Akteursdatenbank
  • Veranstaltungen