Ultraschall und Flimmerhärchen reinigen implantierte Stents und Katheter

Harnwegstents und -katheter sind in der Human- und Veterin?rmedizin weit verbreitet und dienen der Ableitung von Urin in oder aus der Blase. Ureterstents werden eingesetzt, wenn der Harnleiter, das heisst der Gang zwischen Niere und Blase, durch Tumore, Schwangerschaft, Steine oder anatomische Verengungen blockiert ist. Verstopfungen durch bakteriellen Biofilm oder kristalline Ablagerungen ¨C sogenannte Verkrustungen ¨C z?hlen zu den h?ufigsten Komplikationen nach der Implantation. Diese Ablagerungen entstehen an Innen- und Aussenw?nden solcher Stents und Katheter und k?nnen schmerzhafte Infektionen oder gar Versagen dieser Ger?te verursachen. Um diese Probleme zu vermeiden, m¨¹ssen Harnwegstents und -katheter alle zwei bis sechs Monate ausgetauscht werden, was nicht nur die Lebensqualit?t der Betroffenen erheblich einschr?nkt, sondern auch zu einer grossen Belastung der Spit?ler und hohen Kosten f¨¹hrt.

Unter der Leitung von Daniel Ahmed, Professor f¨¹r Akustische Robotik an der ETH Z¨¹rich und Francesco Clavica vom Artorg Center der Universit?t Bern simulierte das internationale Team die Verh?ltnisse in einem gestenteten Harnleiter. Sie konnten zeigen, dass durch Ultraschall aktivierte k¨¹nstliche Flimmerh?rchen auf der Oberfl?che des Stents Biofilme und Verkrustungen effizient entfernen k?nnen. Die Ergebnisse wurden soeben in der Fachzeitschrift externe Seite PNAS ver?ffentlicht.

Interdisziplin?re Zusammenarbeit

?Mit Unterst¨¹tzung des Innovation Office der Universit?t Bern haben wir die Grundlagenforschung meiner ETH-Doktorarbeit in eine anwendungsnahe Technologie ¨¹berf¨¹hrt?, erkl?rt Cornel Dillinger. Er teilt sich die Erstautorenschaft mit Pedro Amado, beide vom Artorg Center  der Universit?t Bern. Die Forschenden m?chten neue medizinische Ger?te mit winzigen Flimmerh?rchen an den Innen- und Aussenw?nden ausstatten, die durch gezielte Ultraschallreize eine reinigende Str?mung erzeugen, die Bakterien und Kristalle von den Oberfl?chen l?st und wegsp¨¹lt. Auf diese Weise k?nnten Stents und Katheter nicht-invasiv gereinigt werden, was das Risiko einer Verstopfung deutlich verringern w¨¹rde.

Effiziente Reinigung durch Ultraschall

Die Forschenden konnten zeigen, dass Ultraschallwellen, die auf glatte Oberfl?chen treffen, kaum Str?mung erzeugen. Weist die Oberfl?che hingegen Mikrostrukturen mit scharfen Kanten auf, wie zum Beispiel Flimmerh?rchen, entsteht eine sehr effiziente Str?mung, die als akustische Str?mung bezeichnet wird. Die Ergebnisse der Mikrofluidik-Experimente ¨¹bertrafen die Erwartungen der Forschenden bei weitem. ?In allen Tests konnten typische Verkrustungen und Biofilme, wie sie in Harnwegstents und -kathetern vorkommen, mit unserer Technologie innerhalb von Minuten oder sogar Sekunden entfernt werden?, erkl?rt Daniel Ahmed, Ko-Leiter der Studie. Diese Technologie k?nnte nicht nur in der Urologie, sondern auch in anderen Bereichen wie beispielsweise der Viszeralchirurgie oder der Tiermedizin eingesetzt werden, wo die Reinigung implantierter medizinischer Ger?te ebenfalls entscheidend ist.

Ein Blick in die Zukunft

Die nicht-invasive Reinigung durch Ultraschallaktivierung birgt das Potential, invasive Folgeeingriffe zu reduzieren und damit sowohl die Lebensqualit?t von Patientinnen und Patienten zu verbessern als auch das Gesundheitssystem zu entlasten. Die Ergebnisse der Machbarkeitsstudie sind vielversprechend. ?Bis zu einem marktreifen Produkt, von dem die Betroffenen profitieren k?nnen, ist es jedoch noch ein weiter Weg?, betont Francesco Clavica, Ko-Leiter der Studie. Mit einem Bridge-Beitrag des Schweizerischen Nationalfonds ¨¹ber 2 Millionen Franken wird nun ein Prototyp entwickelt, der in Tiermodellen getestet werden soll. ?Wir denken bereits jetzt ¨¹ber Fragen der Skalierbarkeit und nachhaltigen Produktion nach?, f¨¹gt Clavica an. L?ngerfristig plant das Forschungsteam die Gr¨¹ndung eines Spin-offs.