Implantierbares Mikrofluidsystem

Miniaturpumpe regelt Augeninnendruck

Erhöhter oder zu geringer Augendruck beeinträchtigt unser Sehvermögen und führt im schlimmsten Fall zur Erblindung. Bislang gibt es keine langfristig wirksame Therapie. Fraunhofer-Forscher entwickeln ein implantierbares Mikrofluidsystem: Mit diesem lässt sich der Augeninnendruck wirksam und dauerhaft stabilisieren.

Querschnitt des Auges mit Implantat. (© Fraunhofer EMFT)

Glaukom und Phthise sind unheilbare und tückische Augenerkrankungen. Während beim Glaukom das Kammerwasser im Auge nicht richtig abfließen kann und der Augeninnendruck dadurch steigt, wird bei der Phthise zu wenig Kammerwasser produziert. Das Auge schrumpft in sich zusammen – man spricht daher auch von Augapfelschwund.

In beiden Fällen heißt das für die Betroffenen schwere Sehstörungen bis hin zur Erblindung. Derzeitige Therapien können den Krankheitsverlauf zwar verlangsamen, sind allerdings nur für eine gewisse Zeit wirksam. Beim Glaukom etwa schafft man operativ einen zusätzlichen künstlichen Abfluss in der vorderen Augenkammer. Das Problem: Bei rund einem Viertel der Patienten kommt es nach dem Eingriff zu Vernarbungen, die den Kammerwasserabfluss behindern – der Augendruck steigt wieder, die Operation muss wiederholt werden. Im Fall von Phthise wird dem Patienten dagegen in regelmäßigen Abständen Flüssigkeit wie etwa Hyaluronsäure ins Auge injiziert – eine unangenehme Prozedur, die ein Erblinden über kurz oder lang dennoch nicht verhindern kann.

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Forscher der Fraunhofer-Einrichtung für Mikrosysteme und Festkörper-Technologien EMFT arbeiten an einem neuen Therapieansatz: Im Projekt MIKROAUG, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Programm KMU Innovativ gefördert wird, entwickeln sie zusammen mit mehreren mittelständischen Unternehmen ein aktives Implantat, das den Augendruck effektiv und dauerhaft regulieren soll. Die Geuder AG koordiniert das Vorhaben. „Damit ersparen wir dem Patienten nicht nur belastende Folgeoperationen, sondern können das Sehvermögen über einen längeren Zeitraum erhalten und im besten Fall ein Erblinden komplett verhindern“, sagt Christoph Jenke, Projektleiter an der EMFT.

Implantat wird auf dem Augapfel angebracht
Das Implantat besteht aus einem Mikropumpensystem, einer sensorbasierten Pumpensteuerung, einem integrierten Akku zur kontaktlosen Energieversorgung sowie einem Telemetriemodul zur Datenübertragung. Es lässt sich direkt auf dem Augapfel aufbringen. „Das Implantat soll der Patient natürlich nicht spüren und auch die Augenbewegung darf nicht eingeschränkt werden“, so Jenke.

Die Systemkomponenten mussten daher miniaturisiert werden. Mit einer Größe von nur 7 x 7 x 1 mm haben die Münchner Forscher eine winzige, biokompatible Silicium-Mikromembranpumpe mit einer Förderrate von maximal 30 µl/s entwickelt. Je nach Krankheitsbild kann sie das Auge benetzen oder Kammerwasser abpumpen. Die Experten nutzen dabei die natürlichen Abflusswege im Auge, so dass es zu keinen Vernarbungen kommt. In regelmäßigen Überwachungszyklen kann der behandelnde Mediziner nach einer konventionellen Augendruckmessung ambulant die Flüssigkeitsmenge auf den gewünschten Wert einstellen. Langfristig soll das System mit einem implantierbaren Sensor kombiniert und automatisch geregelt werden.

Der neue Therapieansatz ist nicht nur schonender für den Patienten, sondern bietet weitere Vorteile: So lässt sich der Augendruck wesentlich exakter einstellen als bei medikamentösen Behandlungen oder Operationen. Bislang führt die Phthise unweigerlich zum Erblinden und meist muss das Auge darüber hinaus aus kosmetischen Gründen entfernt werden. „Da bei der Phthise die fehlende Augenwasserproduktion der ausschließliche Krankheitsauslöser ist, sind wir optimistisch, den Krankheitsverlauf stoppen und das Augenlicht dauerhaft erhalten zu können“, so Jenke. „Unser Implantat imitiert quasi die natürliche Kammerwasserproduktion eines gesunden Auges.“

Derzeit bauen die Partner einen Funktionsdemonstrator auf, der alle Qualitätsanforderungen bezüglich Platz, Energiemanagement, Pumpensteuerung und Mikrofluidik im Labormaßstab erfüllt. Anschließend stehen weitere Zuverlässigkeits- und Lebensdauertests an. Ein weiterer Arbeitspunkt ist die hermetisch dichte Verbindung des Mikropumpenchips am Titangehäuse des Implantats.

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