Sonderforschungsbereich 1270/2 ELAINE - Elektrisch Aktive Implantate
Mission
Die europäische Bevölkerung altert schnell. Bis zum Jahr 2060 wird jede dritte Person, die in Deutschland lebt, älter als 65 Jahre sein. Aus diesem Grund ist die soziale und sozioökonomische Relevanz regenerativer Therapien deutlich angestiegen. Dies gilt insbesondere für Implantate: Je älter die Bevölkerung wird, desto mehr medizinische Implantate für verschiedene Indikationsbereiche sind erforderlich und desto häufiger müssen sie im Verlauf der Therapie ausgetauscht werden. Die Forschungsvision des Sonderforschungsbereiches (SFB) konzentriert sich auf neuartige, elektrisch aktive Implantate. Speziell erforschen wir Implantate, die für die Regeneration von Knochen und Knorpel eingesetzt werden sowie Implantate für die Tiefe Hirnstimulation, um Bewegungsstörungen zu behandeln.
Das erste Ziel ist die Schaffung innovativer energieautonomer Implantate, die eine rückgekoppelte elektrische Stimulation ermöglichen. So werden wir den Grundstein für neue medizinische Langzeitanwendungen und eine individuelle Therapie legen, indem wir für alle elektrisch aktiven Implantate im Fokus von ELAINE eine miniaturisierte elektronische Implantatplattform mit extrem niedrigem Stromverbrauch konzipieren.
Ein zweites Ziel sind effiziente multiskalige Simulationsmodelle, um rasche und gezielte Fortschritte für Implantatverbesserungen und patientenspezifische Therapien zu ermöglichen. So werden neue Methoden zur Simulation von Biomaterial-Komposita des elektromagnetischem Stimulus lebender Zellen und die Validierung von Ergebnissen das grundlegende Verständnis deutlich über den Stand der Forschung hinaus vorantreiben.
Das dritte langfristige Ziel ist es, die grundlegenden Mechanismen der elektrischen Stimulation in Knochen, Knorpel und Gehirn zu analysieren und dieses Wissen in die klinische Praxis zu transferieren. Die technische Vision konzentriert sich dabei auf einen energieminimierten elektrischen Stimulator, der autonom, vollständig programmierbar und implantierbar mit kontinuierlichen und intermittierenden Modi für die Anwendung sowohl bei Menschen als auch bei Tieren funktioniert.
Dazu arbeiten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus den Bereichen Elektrotechnik, Informatik, Maschinenbau, Materialwissenschaften, Physik, Mathematik, Biologie und Medizin interdisziplinär zusammen.
Projektstruktur und Teilvorhaben
Das Projektvorhaben wurde in drei Projektbereiche gegliedert, um das primäre Forschungsziel der Konzeptentwicklung von energieautonomen Implantate, die eine rückgekoppelte elektrische Stimulation ermöglichen, zu erreichen. Die drei Projektbereiche A, B und C umfassen insgesamt 16 Teilprojekte und befassen sich mit folgenden Fragestellungen:
A Modellbildung und Charakterisierung - in silicio und in vitro
Dieser Projektbereich macht es sich zur Aufgabe ein tiefergehendes Verständnis passiver, dielektrischer Gewebeeigenschaften zu erlangen und außerdem sowohl die Wirkung als auch die geeignete Auslegung elektrischer Stimulation auf Zellen, Gewebe und Implantat-Gewebe-Interaktionen zu untersuchen.
B Funktionswerkstoffe, Energieversorgung und Zuverlässigkeit
Die Erforschung bioaktiver, mechanisch zuverlässiger Werkstoffe und Implantatstrukturen ist ebenso Bestandteil des Teilbereiches B wie die Entwicklung miniaturisierter, energieeffizienter Elektronik und Energy-Harvesting-Systeme zur autarken Energieversorgung der elektrisch aktiven Implantate.
C Regeneration von Gewebestrukturen - in vitro
Der Projektbereich C beinhaltet die klinisch-tranlational-orientierte Forschung für innovative Therapieanwendungen und das grundlegende medizinische Verständnis für strukturelle bzw. funktionale Geweberegenaration. Die Einsatz von Elektrostimulation bzw. elektrisch aktiven Implantaten soll damit verbessert und ausgebaut werden, um neue Therapiefelder zu eröffnen.
Weiterhin umfasst der Sonderforschungsbereich 1270 ELAINE vier Serviceprojekte zur Unterstützung des Gesamtprojektes: INF - Informationsinfrastruktur, IRTG - Integriertes Graduiertenkolleg, Z - Zentrale Aufgaben des Sonderforschungsbreiches und S01 - Verbesserung der Metrologie und Instrumentierung von Elektrostimulationsexperimenten.
Beteiligte Institutionen
