KMU-innovativ Entwicklung einer automatisierten Produktionstechnologie für die Fertigung patientenindividueller textiler Herzklappenprothesen (HeartWeave)

Problemstellung
Die häufigste Todesursache in Deutschland sind Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Jährlich werden über 36.000 Herzklappenoperationen durchgeführt. Hierbei werden zu 90 Prozent biologische Herzklappenprothesen, also Herzklappen, die aus einem Trägergerüst und in aufwendiger Handarbeit angepasster Schweine- oder Rinderherzbeuteln bestehen, eingesetzt. Diese Prothesen ermöglichen eine minimalinvasive und somit für den Patienten schonende Implantation. Ein erheblicher Nachteil derartiger biologischer Klappen ist jedoch ihre limitierte Haltbarkeit, da bis zu 30 Prozent der Klappen nach sechs bis zehn Jahren durch Degeneration und Verkalkung unbrauchbar werden. Zudem erfolgt die Fertigung der biologischen Herzklappen in kostenintensiver Handarbeit.

Zielsetzung
Ziel des KMU-innovativ Projekts HeartWeave ist die Entwicklung einer automatisierten Produktionstechnologie für die Fertigung textil gewebter Herzklappenprothesen in reproduzierbarer Qualität. Durch den gezielten Einsatz bestimmter Garnmaterialien kann die Verkalkung vermieden und so eine lebenslange Haltbarkeit der Klappe realisiert werden. Zudem ermöglicht die Webtechnik die Einstellung definierter Struktureigenschaften, wodurch die notwendigen aufwendigen Fertigungsschritte bei der Herstellung biologischer Herzklappen entfallen.

Vorgehensweise
Für die Erreichung des Entwicklungsziels wird zunächst ein Maschinenkonzept entwickelt, auf dessen Basis die Konstruktion, Realisierung, Montage und Inbetriebnahme der neuartigen Webmaschine erfolgt. Gleichzeitig wird ein CAD-Softwaremodul erarbeitet, mit dem die Patientendaten in ein fertigungsgerechtes Webmuster überführt werden. Parallel sind eine detaillierte Analyse der neuen Webmaschine und die Funktionsanalyse der gefertigten Prothesenprüfkörper vorzunehmen. Aus den Ergebnissen der einzelnen Arbeitsschritte wird ein Produktionsprozess für die Herstellung der gewebten textilen Herzklappenprothesen erarbeitet und prototypisch umgesetzt und validiert.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
HeartWeave ermöglicht die Entwicklung einer automatisierten Produktionstechnologie für die Fertigung funktioneller textiler Herzklappenprothesen, die Patientinnen und Patienten eine individuell angepasste und minimalinvasiv implantierbare Prothese zur Verfügung stellt. Im Gegensatz zu den momentan auf dem Markt verfügbaren biologischen Prothesen ist eine bedeutend längere Haltbarkeit angestrebt. Darüber hinaus ermöglicht HeartWeave eine zeitsparende Fertigung mit hoher Reproduzierbarkeit und Qualität. Dies wirkt sich direkt auf die Kosten für die neuartigen Prothesen aus und führt somit zu einer wirtschaftlichen Produktion, die langfristig das Gesundheitssystem entlasten sowie einen Beitrag zu einer besseren Patientenversorgung leisten.

• MAGEBA International GmbH
• Technische Universität Dresden