COMPAMED 2017: Technologie medyczne to najważniejszy rynek dla mikrosystemów

Trend ku personalizowanej opieki medycznej, rozwój demograficzny i cyfryzacja są ważnymi czynnikami napędzającymi postęp w technice medycznej i systemie opieki zdrowotnej. Kolejnymi czynnikami są polityka zdrowotna i presja kosztowa. Szczególnie poszukiwane są rozwiązania branży mikrotechnologicznej, które są stymulowane przez branżę medyczną tak mocno, jak żadna inna. Prawie dwie trzecie firm z branży mikrotechnologicznej w Europie oferuje produkty, technologie lub usługi dla medycyny i zdrowia, a dla niemal 20 procent jest to najważniejszy rynek zbytu. W ciągu najbliższych trzech lat odsetek firm, które głównie zaopatrują rynek medyczny, wzrośnie o kolejne pięć procent. Te wnioski wyciągnął IVAM, stowarzyszenie branżowe ds. mikrotechnologii, w ramach corocznego badania danych gospodarczych przeprowadzonego wśród europejskich firm i instytucji badawczych z branży mikrotechnologicznej.

Odpowiednio duża rola mikrotechnologii odgrywa również w ramach COMPAMED 2017, wiodącej międzynarodowej wystawy branżowej dla rynku dostawców przemysłu medycznego. Odbywa się ona równolegle z wiodącą na świecie wystawą medyczną MEDICA 2017 w dniach od 13 do 16 listopada w Düsseldorfie. „Oprócz cyfrowej transformacji, która nie omija żadnej branży, jednym z głównych trendów technologicznych jest miniaturyzacja elementów w celu tworzenia coraz bardziej poręcznych i lekkich zastosowań produktowych”, potwierdza Joachim Schäfer, dyrektor zarządzający Messe Düsseldorf. Od swojego początku 25 lat temu COMPAMED rozwinęła się w czołową platformę branżową dla dostawców przemysłu medycznego i ponownie w tym roku zgromadziła prawie 800 wystawców na halach 8a i 8b (MEDICA: około 5000 wystawców) na terenie targowym w Düsseldorfie.

Rynek produktów „Hightech for Medical Devices” o powierzchni około 700 metrów kwadratowych oraz ponad 50 firm i instytucji (hala 8a) jest ponownie w pełni zarezerwowany i jak co roku jest organizowany przez IVAM, specjalistyczne forum prezentujące mikrosystemy dla medycyny.

Pomiar ciśnienia krwi bez mankietu

Ważnym obszarem zastosowania są tzw. „wearables”, mobilne i niemal niewidoczne systemy, które z wysokim komfortem i w warunkach codziennego użytkowania mogą rejestrować, analizować parametry życiowe i udostępniać je lekarzom do oceny. Ciągłe rejestrowanie tzw. obwodowych fotopletyzmogramów ma w przyszłości dostarczać cennych informacji na temat zdrowia człowieka. Do tych parametrów należą oprócz pulsu i saturacji tlenem tętniczym, zmienność rytmu serca, częstość oddechów oraz informacje o sztywności naczyń i oznaki podnoszącego się lub opadającego ciśnienia krwi. Podwyższone ciśnienie krwi jest dziś najważniejszym czynnikiem ryzyka chorób układu sercowo-naczyniowego, na które według Niemieckiej Ligi Nadciśnienia cierpi w Niemczech około 35 milionów ludzi. Często choroba ta jest wykrywana zbyt późno, bez objawów. Skutkami są głównie udar, choroby serca, niewydolność nerek i demencja.

W tym kontekście bezmankietowa metoda pomiaru ciśnienia krwi w sposób ciągły należy do najważniejszych innowacji tegorocznej COMPAMED. Czujnik do tego celu opracowali naukowcy z zespołu kierowanego przez dr. Hans-Georga Ortleppa z CiS Forschungsinstitut für Mikrosensorik, który także opracował zaawansowaną metodę analizy danych. „Niezbędne dane surowe są pobierane z kształtu fali pulsu i jej zachowania w czasie. Wysoka jakość sygnałów czujnika i odpowiednie algorytmy matematyczne w analizie danych są niezbędne dla zastosowań medycznych”, wyjaśnia Ortlepp. CiS od ponad dekady pracuje nad miniaturowymi, zintegrowanymi w silikonie, wielospektralnymi czujnikami fotopletyzmograficznymi. Te małe czujniki umieszczane są w zewnętrznym przewodzie słuchowym i są indywidualnie dopasowane do pacjenta. Wygodny komfort noszenia jest niezwykle ważny dla wysokiej technologii tych komponentów, ponieważ decyduje o akceptacji przez użytkownika. Czujnik może być technicznie wyposażony nawet w cztery diody LED różnych długości fal, co pozwala na pomiar nie tylko ciśnienia krwi, ale także innych parametrów życiowych i dodatkowych wartości z różnych głębokości tkanek oraz eliminację artefaktów ruchowych w sygnałach.

Stosowanie substancji aktywnych zamiast podskórnego podawania

Również Gesellschaft für angewandte Forschung Hahn-Schickard intensywnie zajmuje się badaniami, rozwojem i produkcją w dziedzinie mikrosystemów. Wspólnie z firmą Verapido Medical GmbH opracowuje i produkuje urządzenia, systemy i technologie umożliwiające podawanie substancji aktywnych zamiast pod skórą. Badania wykazały, że substancje podawane wewnątrzskórnie są dostępne znacznie szybciej w porównaniu z podaniem podskórnym i mogą wywołać bardziej efektywne działanie. Ponadto udowodniono, że molekuły biotechnologiczne, takie jak insulina, przeciwciała, białka czy hormony, są znacznie szybciej wchłaniane przez organizm, gdy podaje się je wewnątrzskórnie.

Substancje podawane do skóry mogą także działać celowo i skuteczniej na układ odpornościowy. „Badania kliniczne wykazały, że przy podaniu wewnątrzskórnym można zaoszczędzić do 90 procent dawki szczepionki, osiągając ten sam lub nawet lepszy efekt niż przy iniekcji do mięśnia”, podkreśla dr Markus Clemenz, dyrektor zarządzający Verapido Medical. Firma stawia na technologie mikroigiełek i mikrokanalików, które precyzyjnie wstrzykują substancje w warstwę skóry – warstwę tuż pod powierzchnią skóry. Podczas tego procesu penetruje się tylko górną warstwę skóry, co czyni go metodą minimalnie inwazyjną. „Nasza oferta rozwojowa obejmuje mikroigiełkowe matryce na plastrach, urządzenia do podawania wewnątrzskórnego z ustawieniem głębokości stałym lub zmiennym do iniekcji lub infuzji, a także systemy dozowania leków do (opóźnionej) terapii chronologicznej bez elektroniki”, wyjaśnia Clemenz. Verapido przewiduje, że podawanie wewnątrzskórne stanie się w przyszłości „stanem techniki” w klinikach.

Po raz drugi na targach COMPAMED wystawia się CorTec. Młoda firma z branży medycznej pracuje nad następną generacją aktywnych implantów. Opracowuje i produkuje wszczepialne elektrody do odprowadzania i stymulacji w układzie nerwowym centralnym i obwodowym. CorTec produkuje także hermetyczne kapsuły, które wspierają aplikacje o dużej liczbie kanałów. Elektrody i kapsuły mają od 32 do ponad 200 kanałów, co oznacza znacznie więcej odprowadzeń niż porównywalne produkty. „Technologia CorTec łączy innowacyjne rozwiązania w zakresie designu, konstrukcji i obróbki z sprawdzonymi materiałami branży medycznej – szczególnie przy wysokiej liczbie kanałów. Umożliwia to zastosowania i terapie, które do tej pory nie były możliwe”, wyjaśnia dr Martin Schüttler, CTO i CEO CorTec.

Z opatentowaną technologią elektrod „AirRay” CorTec przełamuje dotychczasowe ograniczenia w dziedzinie elektrod dzięki innowacyjnym i niezwykle precyzyjnym warunkom produkcji. Pozwala to na bardzo małe rozmiary kontaktów o średnicy do 25 μm, co znacznie zwiększa gęstość pakowania w układzie elektrod. Pozwala to na uzyskanie wielokrotnie lepszej jakości danych. Elektrody mają doskonałe właściwości elektrochemiczne. Materiały elektrodowe to platyna-iryd, MP35N (stop na bazie niklu i kobaltu), opcjonalnie z wysokowydajnymi powłokami, które jeszcze bardziej poprawiają przekazywanie impulsów stymulujących do tkanki biologicznej. Również właściwości mechaniczne elektrody można dostosować do indywidualnych potrzeb.

Komunikacja z implantu za pomocą technologii wysokiej częstotliwości lub podczerwieni

Oprócz technologii elektrod „AirRay” CorTec oferuje w swoim portfolio inne produkty do tworzenia aktywnych implantów, takie jak hermetyczne kapsuły na bazie ceramiki. Technologia druku cienkowarstwowego umożliwia tworzenie setek przewodów elektrycznych, co jest zupełnie inne od tradycyjnych kapsuł. Ceramiczna kapsuła CorTec jest również przepuszczalna dla fal elektromagnetycznych, co umożliwia komunikację z implantem za pomocą technologii wysokiej częstotliwości lub podczerwieni oraz bezprzewodowe zasilanie. Ceramiczne kapsuły są zoptymalizowane tak, aby wytrzymywać obciążenia mechaniczne, np. w przypadku implantu ślimaka. CorTec Brain Interchange integruje wszystkie te komponenty w systemie, który może mierzyć, analizować i na tej podstawie stymulować układ nerwowy w sposób dostosowany do potrzeb. Ta funkcja tzw. „Closed-Loop” otwiera szerokie możliwości zastosowań w indywidualnych i dostosowanych do potrzeb neuroterapiach. System jest na etapie prototypów i znajduje się w fazie przedklinicznych testów. Pierwsze badania kliniczne są w przygotowaniu.

Dodawanie warstw metodami addytywnymi dla spersonalizowanych implantów

Innym tematem, który od lat zyskuje na znaczeniu na targach COMPAMED, są metody addytywne. „Kości z drukarki” opracował Instytut Fraunhofera IKTS. Ma on służyć do leczenia deformacji twarzy lub nowotworów z przerzutami do kości. W takich przypadkach jakość życia pacjentów jest znacznie ograniczona, ponieważ zniszczone kości mogą nagle się złamać bez zewnętrznej przyczyny. Ceramiczne implanty kostne, precyzyjnie dopasowane do anatomii pacjenta, mogą w przyszłości złagodzić cierpienie chorych. Ceramiczna zastępcza tkanka IKTS jest produkowana w dwóch etapach: skorupa ceramiczna jest wytwarzana w technologii druku 3D, a wypełnienie – piankowy keramiks – jest następnie wypełnione. Addytywne wytwarzanie skorupy umożliwia personalizację do struktury szkieletu, a porowata piankowa wypełnienie – dostosowanie do indywidualnych potrzeb pacjenta i porowatości. Pianka wspiera wzrost komórek, jest wytrzymała na ciśnienie i bioaktywna. Ta kombinacja materiałów i metod jest dużą zaletą nowego rozwiązania. „Pracujemy z komercyjnie dostępnymi materiałami, takimi jak hydroksyapatyt czy trójwapniowy fosforan wapnia, i właśnie rozpoczynamy testy biologiczne naszych substancji”, wyjaśnia dr Matthias Ahlhelm, kierownik projektu w IKTS.

Mikrostruktury z drukarki 3D

Również w obszarze druku 3D działa firma Multiphoton Optics. Produkuje ona wysokoprecyzyjną platformę druku 3D („LithoProf3D”) i oprogramowanie („LithoSoft3D”) do addytywnej i subtraktywnej produkcji dowolnie ukształtowanych struktur, wykonywanych w objętości lub na powierzchni materiałów. Technologia wspiera precyzyjne tworzenie 3D optycznych interkonektów, mikrooptyki asferycznej lub wolnej formy, produktów biomedycznych, takich jak rusztowania do inżynierii tkankowej, mikrofluidyczne komórki i struktury do dostarczania leków. Niedawno Multiphoton Optics zaprezentowała możliwości platformy druku 3D, tworząc stosy mikrostruktur. Stosy przypominają optykę endoskopową, składającą się z pięciu różnych indywidualnych soczewek i innych struktur, czyli łącznie dziesięciu różnych powierzchni. „Struktury mikrooptyczne stanowią coraz ważniejsze elementy wysoko zintegrowanych systemów medycznych. Na targach COMPAMED zaprezentujemy eksponaty, które pokażą możliwości naszej technologii w tym zakresie”, mówi Felix Kiesel, dyrektor sprzedaży w firmie Multiphoton Optics.

Innym ciekawym punktem programu COMPAMED 2017 jest linia produktów „Cobra” firmy Silicon Microstructures (SMI), pierwszego komercyjnie dostępnego czujnika ciśnienia z przewodem, który pasuje do instrumentów o średnicy Charrière. Charrière to w medycynie miara średnicy zewnętrznej kaniul i cewników, gdzie trzy Charrière odpowiadają jednemu milimetrowi. Czujniki są małe (szerokość 220 mikrometrów), stabilne i inteligentne, dostępne w wersji cyfrowej z kompensacją temperaturową lub wzmocnionej analogowej. Na targach SMI pokaże, jak ta konfiguracja czujników może zmniejszyć ryzyko w urodynamice, endourologii, kardiologii, chirurgii ratunkowej, monitorowaniu ciśnienia wewnątrzczaszkowego i innych procedurach.

Świat małych i najmniejszych rozwiązań dla medycyny pozostaje więc ważnym elementem COMPAMED w Düsseldorfie – podobnie jak w poprzednich latach, będzie prezentowany i pogłębiany w ramach IVAM HIGHTECH FORUM w hali 8a. W tym roku głównymi tematami będą oprócz mikrosystemów nanotechnologie, technologia produkcji i sterowanie procesami. Równolegle specjaliści będą dyskutować na temat najnowszych rozwiązań w ramach COMPAMED SUPPLIERS FORUM, organizowanego przez czasopismo branżowe DeviceMed, w hali 8b. W tym roku szczególny nacisk położony będzie na cyfryzację, wearables, druk 3D i regulacje prawne.