Schädelmodelle für Chirurgen aus Bayreuth

„Chirurgen sind wie Musiker: Manche sind Genies,“ sagt Daniel Seitz. Genau wie Musiker müssen Chirurgen üben, damit sie bei der Operation wissen, was zu tun ist. Damit das Üben nicht in der Theorie steckenbleibt, stellt der Bayreuther Biologe realitätsgetreue Schädelmodelle für Ärzte her. Rapid Prototyping heißt das Verfahren. Schnell ist es tatsächlich: Zwei Tage nach Lieferung der Patientendaten kann der Arzt sein Schädelmodell in Händen halten.

Die Schädel aus Seitz‘ Labor bestehen nicht nur aus einem knochenähnlichen Material, sondern sind naturgetreue Kopien des Patientenkopfes. Zunächst werden computertomografische Aufnahmen des Patienten gefertigt. Diese werden mit einer speziellen Software so umgewandelt, dass sie im Computer ein dreidimensionales Schädelmodell ergeben. Diese Daten werden an einen 3D-Drucker geschickt, der eine Vielzahl hauchdünner Scheiben übereinander druckt, bis schließlich eine exakte Kopie des Patientenschädels erstellt ist. Das Modell besteht aus einer besonderen Gipsmischung von ähnlicher Konsistenz und Farbe wie Knochen: „Eine ideale Grundlage, um Operationen daran zu planen und zu üben“, freut sich Seitz.

Bei Kindern etwa kann es vorkommen, dass Schädelnähte vorzeitig verknöchern und deshalb das Wachstum des Gehirns gefährden. Seitz: „Der Schädel muss dann geöffnet und neu zusammengefügt werden.“ Komplikationen können deutlich besser vermieden werden, wenn Ärzte die notwendigen Korrekturen am Modell erproben können.

Verfahren für schwierige Fälle

Was hier in wenigen Sätzen beschrieben ist, ist tatsächlich ein Verfahren, das enormes Knowhow verlangt. Die Schwierigkeit beim 3D-Druck ist das Erzeugen von Strukturen, die innerhalb des Körpers liegen, beispielsweise die Knochenschale der Augenhöhle oder die feinen Strukturen der Nasennebenhöhlen. Das Team von Daniel Seitz steht mit dieser Leistung in der Medizin bundesweit ganz vorne: „Uns zeichnet aus, dass wir die Technik zur Behandlung von sehr jungen Patienten mit schwierigen Fällen einsetzen.“

Wie kommt es zu diesem zukunftsweisenden Forschungsvorhaben, obwohl die Universität Bayreuth keine medizinische Fakultät hat? Daniel Seitz ist Geschäftsführer der Friedrich Baur Biomed Center gGmbH. Der etwas umständliche Titel beschreibt ein medizinisches Forschungs- und Entwicklungszentrum an der Uni, das als gemeinnützige GmbH Teil der umfangreichen Forschungsförderung der Friedrich-Baur-Stiftung ist. Angesiedelt ist das Zentrum am Lehrstuhl für Tierphysiologie der Universität Bayreuth. Dessen Chef ist Prof. Stefan Schuster, der Seitz‘ Arbeiten zwischen Grundlagenforschung und Anwendung großzügig unterstützt. Die Universitätsleitung selbst schätzt diese Initiative im Rahmen des neuen Gesundheitsschwerpunkts.

Knochenersatz und Nervenmodelle

Das Team des Biomed Centers entwickelt in weiteren Projekten zukunftsweisende Knochenersatzstoffe und Modelle für Nervenzellen: „Wir bauen keine Prothesen. Wir entwickeln Lösungen, die ohne Prothese auskommen. Unsere Teile verbleiben im Körper und werden vollständig resorbiert.“ Im Labor werden Materialien und dreidimensionale Strukturen auf ihr Verhalten in Kontakt mit Zellen und Geweben untersucht. Seitz: „Wir holen die Innovationen kleiner und mittlerer Firmen zusammen. Ja, man könnte unsere Arbeit als Schrittmacher der Medizin bezeichnen.“ Also medizinische Spitzenforschung in Bayreuth? Seitz: „Das kann man sagen, weil uns der direkte Druck mit dieser Technik ohne Stützwachs oder ähnliches gelingt, und weil wir dies mit entsprechend abbaubaren Materialien realisieren können. Entscheidend ist dabei aber auch die Absicherung durch biologische Tests. So wissen wir, was wir tun!“ Weiterer Effekt: Tierversuche können reduziert werden.

Das sagen Ärzte zu dem Bayreuther Verfahren

Die Bayreuther Wissenschaftler arbeiten bei dem Schädelprojekt eng mit dem Gesichts-Chirurgen Dr. Camilo Roldan vom Kinderkrankenhaus Wilhelmstift in Hamburg und dem Neurochirurgen Dr. Jan Gliemroth an Universitätsklinikum in Lübeck zusammen. Beide sind seit mehr als zehn Jahren führend in der Kinderchirurgie und haben umfangreiche Erfahrungen mit Schädel-OPs zum Ausgleich von Fehlbildungen. Dr. Roldan berichtet: „Anhand der Modelle konnten wir aufwändige Operationen schneller und sicherer durchführen und teilweise sogar Verbesserungen in der Operationstechnik erarbeiten.“ An den Modellen lassen sich auch Halterungen und neuartige Osteosyntheseplatten (sie werden bei der Korrektur von Schädelnähten verwendet und sollen nach der Heilung komplett resorbiert werden) erproben.

Weil die Arbeit über die Friedrich Baur-Stiftung finanziert wird, haben die Forscher nicht in erster Linie wirtschaftliche Interessen zu erfüllen: „Es gibt ungefähr zwei Dutzend solcher Schädel-OPs im Jahr pro klinischem Zentrum,“ sagt Daniel Seitz, „aber der Leidensdruck der Betroffenen ist gewaltig.“ Ein Modellschädel kostet 1200 bis 1400 Euro, jetzt wollen die Bayreuther Forscher erreichen, dass die Krankenkassen die Kosten übernehmen.