Entwicklung eines steuerbaren Glaukom-Drainage-Implantats mit antifibrotischen Eigenschaften - Glaukom-AF - TP LUH

Ein Glaukom, umgangssprachlich als Grüner Star bezeichnet, stellt die weltweit häufigste nicht reversible Ursache für Erblindung dar. Weltweit sind schätzungsweise 57 Millionen Menschen von dieser Krankheit betroffen. Gegenwärtig stellt die Senkung des intraokulären Drucks (IOD) den einzigen therapeutischen Ansatzpunkt dar. Mittels filtrierender Operationen kann eine Verbindung zwischen dem Raum unter der Bindehaut und dem Inneren des Auges hergestellt werden, um eine Senkung des IOD zu erreichen. Allerdings weisen diese Operationen ein hohes Nebenwirkungsprofil auf, wodurch Revisionsoperationen erforderlich sind, die ein erneutes Trauma für die betroffenen Patientinnen und Patienten bedeuten. Zu den potenziellen Komplikationen zählen beispielsweise Vernarbungsprozesse (Fibrose), die dazu führen können, dass die künstliche Verbindung wieder verschlossen wird, oder die Verhinderung der Absorption von Flüssigkeit durch Fibrose unter der Bindehaut. Zudem besteht trotz erfolgter Operation die Möglichkeit eines weiterhin erhöhten IOD, wobei eine nachträgliche Korrektur als schwierig bis unmöglich einzustufen ist.

In diesem Verbundprojekt der Medizinischen Hochschule Hannover, der Hochschule Hannover, des Instituts für Umformtechnik und Umformmaschinen (IFUM) und des Instituts für Quantenoptik der Leibniz Universität Hannover wird daher ein neuartiges, steuerbares Implantat erforscht, das die bekannten Probleme der Vernarbung und der IOD-Anpassung lösen soll. Das Implantat wird derart gestaltet, dass sich die Klappe bei erhöhtem IOD selbstständig öffnet und den Abfluss der Kammerflüssigkeit ermöglicht, während diese sich bei abfallendem IOD passiv wieder schließt. Zur Begrenzung der initialen Öffnung sind ein oder mehrere Stege in das Implantat integriert, die einen kontrollierten Öffnungsmechanismus sicherstellen. Sollte fibrotisches Gewebe ein selbstständiges Öffnen verhindern, ermöglicht ein externer Aktuator eine gezielte, ärztlich initiierte Öffnung der Klappe.

Im Rahmen des Projekts wird die Entwicklung des Implantats durch numerische Finite Elemente Simulationen vom IFUM unterstützt. Dazu wird zunächst eine umfassende experimentelle Materialcharakterisierung durchgeführt. Die Ergebnisse bilden die Grundlage für die Parametrisierung eines (hyper-)elastischen Materialmodells und werden anschließend zur Erstellung eines numerischen Simulationsmodell des Implantats genutzt. Mittels einer Kopplung des Simulationsmodells mit einem numerischen Augenmodell werden Fluid-Struktur-Simulationen durchgeführt. Untersucht werden unterschiedliche IOD und Öffnungszustände des Implantats hinsichtlich der sich einstellenden Spannungsverteilung und des Durchflusses der Kammerflüssigkeit. Das Ziel besteht darin, potenzielle Versagensmechanismen frühzeitig zu erkennen und die Lebensdauer zu beurteilen. Diese Erkenntnisse fließen in eine iterative Verbesserung des Implantat-Designs ein. Es werden dabei verschiedene geometrische Varianten des Implantats numerisch untersucht. Das Ergebnis soll ein Implantat-Design sein, das eine zuverlässige Funktion, geringe invasive Eingriffskräfte und eine kompakte Bauform vereint.