Aneurysmenclips aus Kunststoffmaterialien

Forschungsprojekt „MR-Clip“ – Kunststofftechnik für eine verbesserte Aneurysma-Therapie

Im Forschungsprojekt „MR-Clip“ treibt M.TEC gemeinsam mit vier Projektpartnern die Idee voran, einen sogenannten Aneurysmen-Clip zur Behandlung von Aneurysmen im menschlichen Körper aus Faserverbundkunststoff herzustellen. Bisher werden Aneurysmen-Clips aus Metall gefertigt, was die Nachuntersuchungen mit der Magnetresonanztomographie (MRT) durch verzerrte optische Darstellungen erschwert. Ein Clip aus polymeren Werkstoffen würde dieses Problem beseitigen – ein revolutionärer Schritt in diesem medizintechnischen Bereich.

Aneurysmen zählen zu den gefährlichsten Arten der Gefäßbildungen im menschlichen Körper. Diese lokalen, meist blasenförmigen Blutgefäßerweiterungen treten bei ca. zwei Prozent der Betroffenen in Hirngefäßen auf. Dort können sie Hirnblutungen verursachen, die im schlimmsten Fall zum Tod führen. Bei der Behandlung solcher Aneurysmen gibt es zwei Herangehensweisen: das „Coiling“ und das „Clipping“. Bei der Clipping-Methode wird das Aneurysma mithilfe eines Clips (einer Klammer) vom Blutkreislauf abgeklemmt. Die Sicherheit einer vollständigen Abdichtung ist sehr hoch und das Aneurysma gilt als nicht mehr gefährlich.

Erschwerte Nachsorge - Metallimplantate verzerren MRT-Darstellungen

Die Nachuntersuchungen könnten theoretisch mithilfe der Magnetresonanztomographie (MRT) problemlos durchgeführt werden – wäre da nicht das Metallmaterial, das durch seine Materialeigenschaften bei der optischen Darstellung in MRT-Geräten dunkle Schatten verursacht. Diese sogenannten Artefakte verhindern eine verlässliche Bewertung. Der Patient muss daher halbjährlich mittels Kathetereingriff untersucht werden. Diese Eingriffe sind aufwendig und bergen gesundheitliche Risiken. 

Bisher werden für Aneurysmen-Clips Metalle eingesetzt, weil sie als Werkstoff erprobt sind und eine gute Biokompatibilität aufweisen. Ein weiterer Punkt ist, dass das Federelement innerhalb des Aneurysmen-Clips eine hohe Kraft aufbauen muss – als sehr kleines Bauteil. Dieses Kraft/Größe-Verhältnis ist mit metallischen Werkstoffen besser umsetzbar.

Eine medizintechnische Revolution aus Kunststoff

Einige polymere Werkstoffe verursachen in MRT-Abbildungen deutlich weniger Artefakte. Diese Kunststoffmaterialien bieten die Aussicht, die Nachsorge in der Aneurysma-Therapie zu vereinfachen und kostengünstiger zu gestalten.

Setzt man statt Metall Faserverbundkunststoff mit thermoplastischer Matrix ein, ist es bei gleicher Baugröße aber schwieriger, in der Klammer des Clips eine ausreichende Klemm- und Spannkraft für den nötige Schließdruck aufzubauen. Kunststoffmaterialien sind einfach weniger steif als Metalle. Hinzu kommt die erforderliche Verformung des Faserverbundprofils. Bei den weit verbreiteten thermoplastischen Kunststoffen ist dies kein Problem. Bei Kunststoffen, die faserverstärkt sind, muss ein solcher Prozessschritt allerdings nicht bis ins Detail abgeklopft werden. Hinzu kommen mögliche Toleranzschwankungen des vorgeformten Faserverbundprofils, die die Großserienproduktion negativ beeinflussen können.

Diesen Herausforderungen stehen aber die großen Vorteile der kunststofftechnischen Herstellungsverfahren gegenüber. Kunststoffe bieten ein hohes Maß an Funktionsintegration. Verbindungselemente etwa werden in einem Schritt in die Bauteile integriert, was den Ablauf der Herstellung vereinfachen kann. Und die Nacharbeiten an den einzelnen Teilen reduzieren sich. Das macht die Produktion kostengünstiger.

Das Forschungsprojekt „MR-Clip“ und die beteiligten Partner

In diesem Forschungsprojekt erstellt M.TEC mit den Projektpartnern zusammen Konzepte für einen Kunststoff-Aneurysmenclip und die zugehörigen Applikationswerkzeuge. Das Fraunhofer Institut für Produkttechnologie IPT ist mit der Materialentwicklung des zu verwendenden Faserverbundkunststoffes beauftragt. Die Werkzeuge und Vorrichtungen, die bei einer Produktion der Kunststoffclips benötigt werden, entwickelt die Firma Werner Grathwohl. Um die Qualität und Gebrauchstauglichkeit der Prototypen zu untersuchen, wird die Klinik für Neurochirurgie der Universität des Saarlandes den neuen Clip in Versuchen und im MRT testen. Die Peter Lazic GmbH ist damit beauftragt, durch ihre Expertise in Metall-Clips bei der Entwicklung des neuen Kunststoffprototyps als Projektkoordinator mitzuwirken.

Die Ingenieure von M.TEC sind für die Entwicklung und Konstruktion des Kunststoff-Clips zuständig. Alternativen für metallische Aufbauten aus Faserverbundstrukturen zu konstruieren gehört zu den regelmäßigen Aufgaben der Ingenieure von M.TEC. Ihre Erfahrung und das Know-how als interdisziplinär aufgestellter Produktentwickler helfen, das Projekt „MR-Clip“ erfolgreich abzuschließen und die Grundlage für eine spätere Serienfertigung zu schaffen.

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Stefan Vogler
Stefan Vogler
Teamleiter Simulation & Berechnung
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