Mechatronik Tage Karlsruhe 2008:

Vysoce komplexní mechatronické systémy jsou v medicíně a příbuzných oblastech již nepostradatelné. Zrychlují diagnostiku, vedou k efektivnější boji proti nemocem a minimalizují rozsah chirurgických zákroků. Mezi známé příklady použití v oblasti životních věd patří mikrofluidní analytické systémy, např. systémy Lab-on-Chip pro kapilární elektroforézu, a v medicíně a biomedicínské technice miniaturizované endoskopické operační systémy a stentové systémy. V rámci Mechatronických dnů, konaných od 15. do 16. září 2008 v Karlsruhe Kongresovém centru, se speciální sekce zaměřená na medicínskou techniku zabývá potenciálem bio-mikrosystémové techniky, tj. využitím systémů založených na mikrotechnologii v oblasti životních věd, medicíny a biomedicínské techniky, na základě vybraných přednášek. PD Dr. Andreas Guber z Výzkumného centra Karlsruhe představí v úvodní přednášce hlavní témata bio-mikrosystémové techniky, která se tematicky pohybují od biomateriálů přes biosenzory, tkáňové inženýrství (?pěstování tkání?) až po minimálně invazivní diagnostiku a terapii v chirurgii. Tato témata budou následně podrobněji rozebrána v jednotlivých odborných přednáškách.

Mikrosystémová technika pro zdravotnické prostředky –
Rychlá bezbolestná diagnostika a efektivní dodávka léků
Životní vědy se rozvíjejí jako nejdůležitější oblast aplikace mikro-nano technologií. V budoucnu bude využíváno mnohem větší množství léků pro menší počet pacientů s výhodou velmi specifické vysoké účinnosti; to je možné díky přesné diagnostice a lokalizaci nemoci a také díky klasifikaci pacienta, aby byla zajištěna vysoká účinnost léku a vyloučeny nebezpečné vedlejší účinky. Mikro-nano technologie se používá k vývoji nových farmaceutických látek, nových systémů dodávky léků a k rychlé bezbolestné diagnostice. S již dostupnými bio-čipy lze s malým množstvím krve nebo jiných tělesných tekutin provádět rychlé diagnostiky přímo na místě (Point of Care). S mikrospektrometrem od Boehringer Ingelheim micro Parts je dnes možné bezkontaktně určit první krevní hodnotu bilirubinu pomocí optické spektroskopie. Jako příklad nového systému dodávky léků, který byl umožněn právě díky mikrosystémové technice, uvádí Dr. Reiner Wechsung z Boehringer Ingelheim micro Parts GmbH bezpalivový rozbíječ Respimat, který se používá k léčbě respiračních onemocnění. Současné výzkumné projekty po celém světě s nanopartikulemi jako nosiči léků mají za cíl cíleně léčit ložiska onemocnění, například rakovinu, lokálně, aniž by došlo ke škodám na zdravé tkáni v okolí. Na tomto poli probíhají první klinické testy, takže se očekává skutečný průlom v léčbě rakoviny v příštích letech.

Využití tvarové paměti a superelastických slitin v medicíně
Slitiny, které se například NiTi (nikl-titan), po reverzibilní mřížkové transformaci (martensitická přeměna) dokážou změnit svůj geometrický tvar, se nazývají slitiny s tvarovou pamětí. Rozlišujeme mezi tepelným efektem tvarové paměti, což je slitina, která se pod určitým teplotním prahem zdánlivě plasticky deformuje a při následném ohřevu se vrací do původního tvaru, a mechanickým efektem tvarové paměti, což je slitina, která po působení vnějšího napětí vykazuje vysokou zdánlivou elastickou deformovatelnost. Vynikající biokompatibilita, bezpečnost při ohybu, stabilita napětí a kompatibilita s MRI přispěly k tomu, že NiTi se stal nezbytným materiálem v medicíně. V současnosti se slitina používá při výrobě nástrojů pro neurochirurgii, cévní chirurgii a srdeční chirurgii. Bernd Vogel ze společnosti ENDOSMART GmbH popisuje vývoj v oblasti medicínské techniky založený na vlastnostech slitiny NiTi.

Stentové systémy – inovativní technologie a budoucí využití
Stenty jsou jemné, válcovité, většinou kovové mikroprecizní implantáty s mřížkovou strukturou, určené k rozšíření zúžených cév. Díky minimálnímu operačnímu riziku zaznamenaly tyto mikro-mechanické součástky velký úspěch. Neustálý trend miniaturizace spojený s minimálně invazivními aplikačními technikami se odráží v makro- a mikro-mechatronických řešeních během vývoje a výroby těchto implantátů: je třeba začlenit řadu biomedicínských požadavků, například na funkční principy, systémové komponenty, bezpečnost a biokompatibilitu. Přelomové koncepty pro pokročilé stentové systémy jsou ilustrovány na příkladech koronárních a periferních stentů, filtračních systémů, vnitřních uzavíracích systémů srdce (PFO) a srdečních chlopní (PAV). Kromě inženýrských metod vývoje produktů popisuje Gerd Siekmeyer z Admedes Schuessler GmbH složitost a strategii realizace ultrapřesných medicínských implantátů, které vycházejí z rovnováhy mezi různými klinickými, designovými a výrobními požadavky a regulačními předpisy.

Nové a inovativní textilní technologie, většinou založené na polymerních monofilamentních nebo multifilamentních vláknech, které rozšiřují klinické aplikace čistě kovových stentových systémů, jsou stručně představeny, včetně jejich budoucího potenciálu, například u stentů pro léčbu abdominální aortálního aneurysma (AAA). Představeny jsou také mikromechatronické trendy a vývoje v oblasti stentových systémů (například u kovových, biodegradovatelných nebo polymerních systémů). Tento příspěvek uzavírá přehled nových lékařských aplikací mikro-stentových systémů v neuronální oblasti.

?Tissue Engineering? – výroba funkčního umělého tkáně pro aplikace v životních vědách
Schopnost lidského těla regenerovat tkáně nebo funkce orgánů klesá s věkem. To vede k onemocněním, která dosud často lze pouze symptomaticky léčit. Poměrně mladá vědní disciplína „Tissue Engineering“ (pěstování tkání) si klade za cíl vytvářet funkční tkáně jako biologickou náhradu. To se děje pomocí živých buněk, které jsou kultivovány v speciálně vyvinutých bioreaktorech. Takové umělé a dlouhodobě stabilní funkční tkáně mohou být kromě klinického využití jako lidské tkáně také velmi užitečné v základním výzkumu, toxikologii nebo farmaceutickém vývoji. Po krátkém úvodu do tohoto interdisciplinárního oboru představí Dr.-Ing. Giselbrecht z Výzkumného centra Karlsruhe především materiálové a inženýrské aspekty tissue engineeringu ve své přednášce. Díky miniaturizaci součástek a integraci mikrotechnologicky vyrobených komponent a subsystémů je možné dále optimalizovat dostupné přístroje a realizovat zcela nové systémy. Díky důslednému využívání bio-mikrosystémové techniky lze v budoucnu očekávat další inovace v uvedených oblastech, které budou přínosem pro příslušný průmysl a s tím související výzkumné a vývojové oblasti.