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Labor der Zukunft

Längst nicht nur Medizinerinnen und Biologen denken über neue medizinische Geräte und Medikamente nach. Die Experten der Empa forschen kräftig mit – und übertragen ihr Wissen über Textilien, Hölzer und andere Materialien auf den Menschen. 

Text: Roland Grüter

Der Blick in die Zukunft macht Hoffnung. Irgendwann werden sich Diabetiker ein Hemd überstreifen, dessen Hybridfasern den Blutzuckerspiegel der Trägerinnen und Träger überwachen und sofort Alarm schlagen, falls der Wert in bedrohliche Bereiche rutscht. Die Pyjamajacke wiederum misst bei Menschen, die im Rollstuhl sitzen oder bettlägerig sind, die Durchblutung der Haut. Das Bekleidungsstück alarmiert die Besitzerin, sobald der Sauerstoffgehalt in der Haut zu niedrig ist – denn dadurch droht Gefahr, dass sie aufbricht und es in der Folge zu einem Dekubitus (Wundliegen) kommt. Und in fernen Zeiten bittet uns der Hausarzt nicht mehr zur Blutentnahme – stattdessen legt er uns eine Folie aus Holzfasern und anderen Naturmaterialien auf die Haut, die ihm die Werte auch ohne Nadelstich liefert.

Klingt nach Science-Fiction? Ja und nein. Denn obwohl die beschriebenen Szenarien noch in ferner Zukunft liegen: Über solche Lösungen denken die Physiker, Chemikerinnen und anderen Experten der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) bereits nach. Das Institut mit 30 Abteilungen und rund 1000 Mitarbeitenden ist an vielen nationalen und internationalen Projekten beteiligt, die die Medizinaltechnik und die Gesundheitsversorgung verbessern oder sogar revolutionieren wollen.

Ursprünglich wurde die Empa geschaffen, um Materialien auf ihre Tauglichkeit zu prüfen. Seit knapp 20 Jahren konzentriert sich das Institut auf Entwicklungen und angewandte Forschung. Im Gesundheitsbereich nutzt es das Know-how aus anderen Bereichen. Experten der Werkstoffforschung denken darüber nach, wie sich die Stabilität der Knochen bei Osteoporose verbessern lässt. Andere versuchen, Implantate langfristig stabiler oder Netze, die bei Leistenbrüchen eingesetzt werden, elastischer zu halten.

Textilien und die menschliche Haut haben ähnliche Eigenschaften. Beide sind flexibel, formstabil, reissfest und leicht.„

René Rossi, Physiker und Empa-Verantwortlicher


Im Empa-Gebäude in St. Gallen richten die Verantwortlichen ihren Blick ebenfalls nach vorne. Einer davon ist Dr. René Rossi, verantwortlich für Entwicklungen neuartiger Textilien, die Spezialität des Hauses. «Textilien und die menschliche Haut haben ähnliche Eigenschaften. Beide sind flexibel, formstabil, reissfest und leicht. Und beide Materialien weisen trotz kleiner Masse eine grosse Oberfläche auf», sagt René Rossi. Sein Team arbeitet am ambitionierten Zürich-Heart-Projekt mit, das ein neues künstliches Herz schaffen will, das der Körper des Empfängers nicht mehr als Fremdkörper wahrnimmt. Die Empa-Forscher haben künstliche Membranen geschaffen – medizinaltechnische Textilien –, auf denen Muskel- und Gefässzellen wachsen. Andere entwickeln einen Werkstoff für Blasenkatheter, an deren Oberfläche sich keine Bakterien festsetzen und damit schmerzhafte Entzündungen bewirken können. «Die Entwicklung solcher Innovationen erstreckt sich in der Regel über 8 bis 20 Jahre», sagt René Rossi. Bis die Forscher das künstliche Herz aus natürlichem Gewebe in den Händen halten, wird es womöglich noch weit länger dauern.

In der Grundlagenforschung, wie sie das Team um René Rossi betreiben, ist ein interdisziplinärer Schulterschluss unumgänglich: «Will man ein Problem lösen, muss man es breit angehen, es aus unterschiedlichsten Perspektiven anschauen, auch im Gesundheitsbereich.» Deshalb arbeitet die Empa St. Gallen seit fünf Jahren eng mit den Ärztinnen und Professoren des Kantonsspitals St. Gallen zusammen. Unter anderem beschäftigt sich der Verbund mit der Frage, welche Nanopartikel körpereigene Barrieren überwinden und in den menschlichen Körper gelangen können – einerseits, um uns davor zu schützen, andererseits aber auch, um später Wirkstoffe an die Mini-Teilchen zu koppeln und diese an bestimmte Organe oder Stellen des Körpers zu transportieren.

Neuartiger EKG-Gurt

Ein gemeinsames Projekt zwischen Empa und Kantonsspital St. Gallen wurde unlängst abgeschlossen. Es steht bereit für das Zulassungsgesuch: ein EKG-Gurt, den wir dereinst über der Brust tragen sollen. Sensoren aus leitbaren Textilfasern zeichnen darin die Herzfrequenz über Tage auf, ohne dass die Trägerin, der Träger eingeschränkt ist – oder dafür ins Spital muss. Ein Empa-Team hat den EKG-Gurt entwickelt, getestet wurde er an 240 Patienten im Kantonsspital St. Gallen. Das medizintechnische Gerät liefert Ärzten detailgenaue Informationen über die Herzfrequenz einzelner Menschen – über mehrere Tage. Ähnlich wie die Hirnströme könnten die vom Gurt gelieferten Langzeitwerte auf drohende Krankheiten verweisen, eventuell sogar auf Alzheimer. Die Beobachtungen eröffnen der Diagnostik ungeahnte Möglichkeiten. Und stehen damit am Anfang einer vielversprechenden Zukunft.

Nahtloser EKG-Gurt mit Sensoren aus leitbaren Textilfasern.
Nahtloser EKG-Gurt mit Sensoren aus leitbaren Textilfasern. © Empa