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SFB 1270:  ELektrisch Aktive ImplaNtatE – ELAINE

Fachliche Zuordnung Informatik, System- und Elektrotechnik
Biologie
Chemie
Maschinenbau und Produktionstechnik
Materialwissenschaft und Werkstofftechnik
Mathematik
Medizin
Physik
Förderung Förderung seit 2017
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 299150580
 
Mit der alternden Bevölkerung wächst das Erfordernis medizinischer Implantate für verschiedene Indikationsbereiche und ihres Ersatzes im Verlauf der Therapie. Die Forschungsvision des interdisziplinären SFB 1270 konzentriert sich auf neuartige, elektrisch aktive Implantate für die Regeneration von Knochen und Knorpel und auf die Tiefenhirnstimulation, um Bewegungsstörungen zu behandeln. Für diese therapeutischen Anwendungen zielt die technische Vision auf einen energieminimierten elektrischen, autonomen Langzeitstimulator mit kontinuierlichen und intermittierenden Modi, der voll programmierbar und implantierbar ist. Damit soll der Weg für neue medizinische Langzeitanwendungen, rückkopplungsgesteuerte, adaptive Stimulation und patientenindividuelle Behandlung geebnet werden. In vitro und in vivo validierte Multiskalenmodelle unter Einbeziehung patientenindividueller Schwankungen sollen eine robustere und sicherere individuelle Therapieplanung erlauben. Bisher wurden erste Erkenntnisse und entscheidende Innovationen erzielt: Neue Konzepte für bioaktive und mechanisch zuverlässige Implantatstrukturen und -materialien ermöglichen eine zuverlässige Energieversorgung der Implantate mittels kinetischer und Deformationsenergie. STELLA ist ein innovativer, vollständig implantierbarer Stimulator mit miniaturisierter Elektronik und reduziertem Energiebedarf im Milliwattbereich. Spezielle Ansätze zur Simulation der Wirkung der stimulierenden elektrischen Felder auf Zell- und Gewebeebene unter Berücksichtigung stochastischer Unsicherheiten sowie verfeinerte in vitro- und in vivo-Ansätze für eine umfassende Charakterisierung der jeweiligen Zell- und Gewebeprozesse wurden etabliert. Für große Knochendefekte wurde ein Stimulationssystem für in vivo-Tierversuche entwickelt und bewährte sich ex vivo und in vivo. Mit innovativen Stimulationskammern wurde das Differenzierungsvermögen menschlicher Knorpelzellen in vitro untersucht. Zur Tiefenhirnstimulation konnten durch STELLA mit frei beweglichen Tieren zu Dystonie und Parkinson wichtige neue Ergebnisse erzielt werden. In der zweiten Förderperiode wird eine rückkopplungsgesteuerte elektrische Stimulation von Knochen- und Knorpeldefekten sowie tiefer Hirnregionen mit STELLA samt integrierter Datenerfassung, -verarbeitung und Energieversorgung angestrebt. Unser interdisziplinäres Konsortium erlaubt eine wissenschaftlich fundierte Validierung neu abgeleiteter theoretischer Modelle, numerischer Methoden und technischer Lösungen durch Experimente sowohl in den Ingenieur- als auch in den Lebenswissenschaften. Unsere patientenindividuellen Multiskalenmodelle sollen den Einsatz gezielterer Stimulationsparameter ermöglichen und so die therapeutischen Erfolgsaussichten erhöhen. Insgesamt soll unser anspruchsvolles interdisziplinäres Forschungsprogramm neue Ansätze für zukünftige biomedizinische Implantate aufzeigen und so hoffentlich die Chancen erhöhen, Gesundheitsprobleme der alternden Bevölkerung zu überwinden.
DFG-Verfahren Sonderforschungsbereiche

Laufende Projekte

Antragstellende Institution Universität Rostock
 
 

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