Selbstfaltende Origami-Implantate für die Behandlung von Aneurysmen im Hirn

• Antragsteller: Dr.-Ing. Prasanth Velvaluri
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 527449568

Intrakranielle Aneurysmen sind ballonartige Erweiterungen von Blutgefäßen im Gehirn, die platzen und zum Tod führen können, wenn sie unbehandelt bleiben. Zu den derzeit modernsten Behandlungsmethoden gehört das Einsetzen eines geflochtenen Stents entlang des Blutgefäßes, um den Blutfluss in das Aneurysma zu reduzieren. Obwohl die geflochtenen Implantate sehr erfolgreich sind, haben sie entscheidende Einschränkungen, u.a. die fehlende Möglichkeit intelligente Komponenten wie z.B. Sensoren zu integrieren. Diese Integration einschließlich Antennen zur Kommunikation wäre der nächste Innovationssprung um die Funktion des Implantats überwachen und eine Reaktion auslösen können, wenn die Vitalwerte kritische Grenzen erreichen. Die Herausforderung besteht dabei u.a. im Design der Implantate: Sie müssen für die Einbringung per Katheter stark gekrimpt werden, andererseits stellen Sensoren und Antennen empfindliche Komponenten dar, die dabei beschädigt werden könnten. Origami bietet ideale Lösungen, um Implantate auf einen Bruchteil ihrer ursprünglichen Größe zu falten und gleichzeitig bestimmte Bereiche spannungsfrei zu halten. Eine Proof-of-Concept-Studie mit wesentlich größeren Origami-Strukturen wurde bereits in eigenen Vorarbeiten erfolgreich durchgeführt. Dabei können diese Origami-basierte Implantate für neurologische Anwendungen mit Hilfe der Dünnschichttechnologie aus Formgedächtnislegierungen hergestellt werden. Die einzige Einschränkung besteht darin, dass die erforderlichen kleinen Origami-Implantate nicht von Hand in ihr Faltenmuster gefaltet werden können, um sie dann in den Katheter einzubringen. Daher ist ein spezieller Selbstfaltungsmechanismus erforderlich, der monolithisch in den Mikriosystemtechnik-basierten Dünnschichtprozess integriert werden kann. Im vorliegenden Vorschlag schlage ich daher einen neuartigen Ansatz zur Selbstfaltung vor, bei dem NiTi/Mo/NiTi-Dreischicht-Verbundwerkstoffe als Scharniere des Origami-Implantats verwendet werden. Die Scharniere biegen sich aufgrund der bimetallischen Spannung, gepaart mit der Umwandlung der Formgedächtnislegierung, wenn sie einem moderaten Temperaturpuls ausgesetzt werden. Dadurch kann das Implantat entsprechend dem vorgegebenen Origami-Faltenmuster leicht gefaltet werden, woraufhin die vollständige Faltung des Implantats in einer Krimpvorrichtung erfolgen soll. Die Hauptziele dieses Vorschlags sind: - Erforschung und Charakterisierung eines neuen selbstfaltenden Mechanismus, der monolithisch in den Dünnschichtprozess integriert werden kann. - Untersuchung von Origami-basierten flexiblen Designs, die als intelligente Implantate verwendet werden können. - Untersuchung selbstfaltender patientenspezifischer Origami-basierter Implantate für die Behandlung von Patienten mit komplexen Aneurysmen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Kooperationspartner: Professor Dr. Richard D. James