IDIR - Schub für die Entwicklung innovativer Implantate

Die Mitglieder des Gründungsteams (v. l. n. r.) Prof. Cyron, Prof. Checa, Prof. Jansen, Prof. Saalfeld, Prof. Deuschl, Prof. Willumeit-Römer und Prof. Quandt. Weitere Mitglieder (nicht abgebildet): Prof. Tomforde und Prof. Popp

Interdisziplinäre Kooperation hebt die Forschung zur digitalen Implantatentwicklung auf neues Niveau

Die Entwicklung und Zulassung von neuartigen Implantaten ist ein sehr zeit- und kostenintensiver Prozess. Ein Grund dafür ist die Vielzahl von Versuchen und Tests, die für die Materialentwicklung und Bestimmung der Implantateigenschaften, unter anderem das Verhalten im Körper, notwendig sind. Der lückenlose Einsatz von Computersimulationen, von der Materialherstellung bis zur Implantatanwendung im Patienten, wird helfen dies zu vereinfachen.

Die Zukunft der Implantatentwicklung liegt im Einsatz von Computermodellen und künstlicher Intelligenz, die den komplexen Entwicklungszyklus vom Material bis zur Geweberegeneration abbilden und anschließend in den Zulassungsprozess Eingang finden. Damit können bestehende Implantate verbessert und zu personalisierten Implantaten, die auf individuellen, molekularen Körper-Eigenschaften basieren, weiterentwickelt werden. Dabei stehen sogenannte Digitale Zwillinge, die physiologische und materialwissenschaftliche Verhältnisse in Computermodellen abbilden, im Mittelpunkt der Forschung.
Mit Hilfe Digitaler Zwillinge werden neue Implantate zukünftig nicht mehr nur an der Werkbank, sondern am Hochleistungsrechner entwickelt, und sie werden nicht mehr heuristisch akzeptabel, sondern umfassend optimiert an die medizinischen Notwendigkeiten angepasst werden können.

Zu diesem Zweck haben sich das Helmholtz-Zentrum Hereon, die Christian-Albrechts-Universität zu Kiel und das Universitätsklinikum Schleswig-Holstein zum Thema Digitale Implantatforschung zusammengeschlossen. Ziel dieses interdisziplinären Vorhabens ist es, die Implantatentwicklung mithilfe der Kombination von Biomaterialforschung, Datenwissenschaften sowie KI- und medizinischer Forschung auf ein neues Niveau zu heben und später auch den Zulassungsprozess zu beschleunigen. Der Beitrag des Instituts für Metallische Biomaterialien und des Instituts für Werkstoffsystem-Modellierung liegt dabei in der Bereitstellung von Daten zu Mg-basierten und damit abbaubaren Implantaten im biologischen Umfeld, der Entwicklung und Durchführung entsprechender Experimente und Simulationen sowie der Herstellung von Testkörpern und Implantat-Prototypen. Die intensive Zusammenarbeit mit der Industrie wird dabei ausdrücklich angestrebt.