Die Anwendung und der Wert von Edelmetallen für chirurgische Eingriffe und Behandlungen, die schonend für den Körper sind.

Forscher und Entwickler

Mitsukane Hasebe
Professor, Medizinische Fakultät, Tokai Universität
Direktor, Tokai Universität Hachioji Krankenhaus
Gastprofessor, Fakultät für Wissenschaft und Technologie, Keio Universität

Chihiro Nakanishi
Leiter der Abteilung für die Förderung von Medizinprodukten
TANAKA PRECIOUS METAL TECHNOLOGIES

Im medizinischen Bereich werden Operationen und Behandlungen mit kleineren Wunden (d.h. minimalinvasiv und nicht-invasiv), die schonend für den Körper sind und eine geringere Belastung darstellen, zu einem Trend. Obwohl traditionelle offene Chirurgie notwendig sein kann, wenn große Einschnitte unvermeidlich sind, ist diese Art der Chirurgie möglicherweise nicht für ältere Menschen oder Personen mit geringer körperlicher Kraft anwendbar. Laparoskopische, thorakoskopische und katheterbasierte Operationen, die schonend für den Körper sind, werden in der modernen medizinischen Versorgung zunehmend üblich.
Bei der katheterbasierten Behandlung wird nur ein 1 mm großer Schnitt in die Haut unter örtlicher Betäubung gemacht, und ein dünner Draht, der als Führungsdraht bezeichnet wird, wird in das Blutgefäß eingeführt. Behandlungsgeräte können dann durch Befolgen dieses Drahtes in das betroffene Gebiet gebracht werden, was die Injektion von Medikamenten und die Platzierung von Behandlungsgeräten ermöglicht. Die Behandlungszeit ist relativ kurz, und die Belastung für den Körper ist minimal. Mit der Weiterentwicklung der Technologie wurden Behandlungen zur Erweiterung von Blutgefäßen, die durch Arteriosklerose verengt sind, wie Myokardinfarkt und Atherosklerose der unteren Gliedmaßen, sowie zur Füllung von Ausbuchtungen (Aneurysmen) in den zerebralen Blutgefäßen entwickelt, ohne dass eine große Operation erforderlich ist. Die in diesen Behandlungen verwendeten Edelmetalle müssen zunächst sicher sein und dürfen keine Überempfindlichkeitsreaktionen im Körper hervorrufen, und sie sollten auch mit dem Körper kompatibel sein. Darüber hinaus ist es wichtig, dass die Behandlungsinstrumente, da sie zum betroffenen Bereich fortgeschritten werden, während sie Bilder aus der Röntgenfluoroskopie betrachten, auch eine gute Sichtbarkeit unter der Röntgenfluoroskopie haben.
Platin, Gold und Iridium gelten als die am besten geeigneten.

Die Verwendung von Edelmetallen in medizinischen Einrichtungen nimmt zu. Chirurgische Verfahren bewegen sich in Richtung minimalinvasiver oder nicht-invasiver Methoden, die Schäden am menschlichen Körper minimieren. Bei der Behandlung von Myokardinfarkt und Herzoperationen wird ein Katheter in die Blutgefäße eingeführt, und ein metallisches Drahtgeflecht-Behandlungsgerät, das als "Stent" bezeichnet wird, wird in die verengten Blutgefäße eingesetzt. In Fällen von Atherosklerose wird eine metallische Füllung, die als Coil bezeichnet wird, innerhalb eines Aneurysmas verwendet, das sich wie ein Knoten gewölbt hat, um einen Aneurysma-Riss zu verhindern. Dies sind Beispiele für körperfreundliche Medizintechnologien, die entwickelt werden, um kritische Situationen zu vermeiden, die zum Tod führen können.
Professor Mitsunori Hasebe von der Abteilung für Medizinische Wissenschaften, Medizinische Fakultät, Tokai-Universität, sagt: "Als medizinische Geräte, die lange Zeit im Körper verbleiben, haben Platin, Gold, Iridium und deren Legierungen eine ausgezeichnete Biokompatibilität."
Edelmetalle sind beständig gegen Säuren und Laugen und neigen nicht zur Oxidation. Aus diesem Grund werden sie häufig in elektronischen Komponenten und Halbleiterverbindungen verwendet. Die Menge an Gold, die in gedruckten Schaltkreisen von entsorgten elektronischen Geräten verwendet wird, ist besonders hoch, sodass sie als "städtische Minen" bezeichnet werden. Edelmetalle werden häufig in Fällen verwendet, in denen Metalle im menschlichen Körper verbleiben müssen, wie bei künstlichen Herzen. Dies liegt daran, dass der menschliche Körper starke Säuren, wie Magensäure, sowie Substanzen, die Nahrung verarbeiten, enthält, und Blutgefäße viele Oxidationsmittel enthalten, was sie für allgemeine Metalle ungeeignet macht.

Katheterchirurgie unter Sichtung von Röntgenbildern (Fluoroskopie)

Professor Hasebe ist ein Experte für radiologische Bildgebung, der Röntgenstrahlen verwendet und auf interventionelle Radiologie (IVR: Interventionelle Radiologie) spezialisiert ist, die Katheter für minimal-invasive vaskuläre Behandlungen einsetzt. Die interventionelle Radiologie ist eine Behandlungsmethode, bei der ein dünner Schlauch, der als Führungsdraht bezeichnet wird und einen Durchmesser von weniger als 1 mm hat, in Blutgefäßen verwendet wird, und ein Schlauch, der als Katheter bezeichnet wird, entlang dieses Führungsdrahts eingeführt wird. Durch diesen Katheter werden therapeutische Katheter und therapeutische Instrumente eingeführt. Zum Beispiel wird in Fällen, in denen Blutgefäße aufgrund von Atherosklerose, die durch Cholesterin verursacht wird, verengt sind, ein therapeutisches Gerät namens Ballonkatheter eingeführt, und der Ballon wird aufgeblasen, um das Blutgefäß zu erweitern. Alternativ wird ein metallisches, netzartiges therapeutisches Gerät (Stent) erweitert und an Ort und Stelle belassen. Traditionell waren medikamentöse Therapien oder chirurgische Verfahren zur Umgehung der Koronararterien der Mainstream. Konventionelle Chirurgie kann körperliche Schäden verursachen, was sie für ältere Patienten oder solche mit geringer körperlicher Kraft ungeeignet macht. Daher hat sich die interventionelle Radiologie als Behandlungsmethode, die körperliche Schäden minimiert, weit verbreitet.

Insbesondere sind minimalinvasive Behandlungsmethoden, die Schäden am Körper minimieren, in den letzten Jahren zu einem Trend in chirurgischen Verfahren geworden, was zu einer geringeren Belastung der Patienten führt. Am Tokai-Universitätskrankenhaus und am Hachioji-Krankenhaus haben endovaskuläre Therapien (Operationen unter örtlicher Betäubung) und andere bildgesteuerte Therapien (IVR) die Operationszeiten verkürzt, die Belastungen reduziert und die Krankenhausaufenthalte verkürzt.
Bei der Durchführung der endovaskulären Therapie erfolgt die Behandlung unter Röntgenfluoroskopie, während der Monitorbildschirm überprüft wird, um die Position des Katheters zu bestätigen. Kleine Edelmetallgeräte werden an der Vorder- und Rückseite des Katheters und des Ballons angebracht, und wenn der menschliche Körper mit Röntgenstrahlen untersucht wird, lassen die Edelmetallteile keine Röntgenstrahlen hindurch. Daher dient das Edelmetallgerät als Marker. Selbst wenige Millimeter Betriebsfehler können zu schwerwiegenden Komplikationen und Nebenwirkungen führen, was die Rolle der Edelmetalle als Marker von extremer Bedeutung macht. Derzeit verwenden alle Katheter und medizinischen Geräte mit fortschrittlichen Funktionen Edelmetallmarker, was die enorme Rolle der Edelmetalle hervorhebt. Während diese Marker beobachtet werden, wird die Position des Ballons bestätigt, und die Position des Stents wird im Körper millimetergenau angepasst, um verengte Blutgefäße zu erweitern.

Doktor der Medizin und Doktor der Ingenieurwissenschaften

Professor Hasebes Stärke liegt in seiner Promotion in Materialwissenschaften und seinem medizinischen Abschluss. Da er selbst operiert, kann er materialbedingte Probleme erkennen, die sonst nur ein Arzt feststellen kann. Nach seiner Promotion (Dr. rer. nat.) an der Medizinischen Fakultät seiner Alma Mater, der Keio-Universität, promovierte er auch im Ingenieurwesen an der Fakultät für Naturwissenschaften und Technologie der Keio-Universität, wo er derzeit als Gastprofessor tätig ist. Er studierte zudem im Ausland an der Harvard Medical School (Brigham and Women’s Hospital) und arbeitete mit Ingenieurforschern am MIT (Massachusetts Institute of Technology). In dieser Zeit erkannte er, dass die neuesten Fortschritte in der Medizin nur durch den Einsatz von Ingenieurwissenschaften (Technologie) möglich sind. Deshalb setzte er sich nach seiner Rückkehr nach Japan unermüdlich für die Zusammenarbeit zwischen Medizintechnik und Ingenieurwesen ein. Seitdem leitet er seit über 15 Jahren gemeinsam mit Professor Tetsuya Suzuki (derzeit Direktor des Forschungszentrums für fortgeschrittene Wissenschaft und Technologie (KLL) der Keio-Universität) ein Team für diese Kooperation und hat bedeutende Erfolge auf dem Gebiet der medizintechnischen Zusammenarbeit erzielt. Die Absolventen dieses Kooperationsprojekts im Bereich Medizintechnik haben ihre Tätigkeitsfelder erweitert und arbeiten in ausländischen Forschungslaboren, an japanischen Universitäten, bei der japanischen Raumfahrtbehörde JAXA, JR Central und JR East sowie anderen führenden Unternehmen. In jüngster Zeit sind sie zu Präsidenten und Forschern erfolgreicher japanischer Medizintechnik-Startups geworden.
Professor Ito versteht die Bedürfnisse von Ärzten und medizinischem Fachpersonal im Materialentwicklungsprozess genau und kann daher auch bei der Entwicklung von Medizinprodukten, die tatsächlich am Patienten eingesetzt werden können, angemessene Anforderungen stellen. Die meisten hochfunktionalen implantierbaren Medizinprodukte werden jedoch im Ausland hergestellt, und selbst wenn sie nicht optimal für japanische Patienten geeignet sind, lassen sich die Spezifikationen nicht sofort ändern. Um klinisch relevante Geräte schnellstmöglich auf den Markt zu bringen, ist die Entwicklung von Geräten mit heimischer Technologie unerlässlich. Zudem besteht ein Handelsüberschuss von 600 Milliarden Yen zwischen Importen und Exporten von Medizinprodukten, und um diesen auszugleichen, wollte er Geräte auf Basis heimischer Technologie entwickeln. Er geht davon aus, dass der Markt für Medizinprodukte zukünftig weltweit wachsen wird. Obwohl der Professor sich für heimische Technologie einsetzt, ist er auch überzeugt, dass diese, um einen Beitrag zum Leben vieler Menschen zu leisten, weltweit verbreitet werden sollte, unabhängig davon, ob sie von inländischen oder internationalen Unternehmen hergestellt wird.
Laut TANAKA hat die Tatsache, dass das Unternehmen nicht nur Materialien beschafft, sondern auch über die Mikroprozessortechnologie zur Herstellung von Geräten verfügt, zu einer Zusammenarbeit zwischen Industrie und Wissenschaft in Forschung und Entwicklung geführt.

Edelmetallpartikel in Markern

Die endovaskuläre Therapie des Professors (IVR: bildgesteuerte Therapie) beinhaltet das Dilatieren oder Verschließen von Blutgefäßen unter Bildkontrolle. Verstopfte Arterien im Herzen aufgrund von Arteriosklerose können zu Herzinfarkt und Angina pectoris führen, während verstopfte Arterien in den Beinen Gehschwierigkeiten, Schmerzen und sogar Beinfäule verursachen können. In diesen Fällen wird eine endovaskuläre Therapie durchgeführt, um die Blutgefäße zu erweitern. Umgekehrt kann ein Platzen eines Aneurysmas (einer Ausbuchtung in einem Blutgefäß) aufgrund von Arteriosklerose oft tödlich sein. Um ein Platzen zu verhindern, werden das Aneurysma und die zuführenden Blutgefäße gefüllt und verschlossen. Ein Beispiel für die Anwendung der vaskulären Präventionstherapie ist die Kathetertherapie, die auch in der Behandlung von Leberkrebs eingesetzt wird. Leberkrebs wird durch arterielles Blut versorgt, daher werden bei dieser Therapie die Blutgefäße blockiert, um den Krebs auszuhungern. Ein Katheter wird in die Blutgefäße in der Nähe des Tumors eingeführt, und eine Füllung wird eingebracht, während gleichzeitig Krebsmedikamente injiziert werden. Diese Behandlungsmethode wird zunehmend häufiger angewendet. Bei medizinischen Notfällen, wenn eine Blutung aufgrund einer Beckenfraktur infolge eines Verkehrsunfalls oder eines anderen Vorfalls nicht aufhört, wird ein Katheter in die Blutgefäße eingeführt und ein Wundkissen verwendet, um die Blutung zu stoppen.
Neben Metallen kommen auch Polymermaterialien als Werkstoffe für implantierbare Medizinprodukte infrage. Da typische Polymere hydrolyseempfindlich sind, stellt ihre Langzeitstabilität im Körper weiterhin ein Problem dar. Obwohl sich im Körper auflösende Polymere durch gezielte Anwendung zunehmend als medizinische Materialien etablieren, sind Metalle aufgrund ihrer Biokompatibilität, der geringen Reaktionsneigung, der Möglichkeit der Mikrostrukturierung und ihrer hervorragenden Haltbarkeit nach wie vor die erste Wahl für eine langfristige Implantation. Unter diesen bieten Edelmetalle wie Platin eine außergewöhnlich hohe Stabilität im Körper, Biokompatibilität, Mikrostrukturierung und radiologische Sichtbarkeit.

Förderung der Zusammenarbeit zwischen Medizin und Ingenieurwesen.

Auch in Zukunft werden wir bei der Entwicklung von Medizinprodukten, die den Bedürfnissen des Gesundheitswesens gerecht werden, auf fortschrittliche Technologien setzen. Mit fortschreitender Technologie werden immer bessere Produkte entstehen, deren Einsatz für Patienten die Lebensqualität und Lebenserwartung der Menschen verbessern wird. Die Zusammenarbeit zwischen Medizin und Ingenieurwesen sowie zwischen Industrie, Regierung und Wissenschaft hat sich intensiviert, und dieser Trend wird sich voraussichtlich als nationale Strategie fortsetzen. Zudem liefern sich Medizin-Startups im Silicon Valley und in Europa einen Entwicklungswettbewerb. Bislang wurde die Entwicklung von Medizinprodukten von großen Herstellern dominiert, doch in den letzten Jahren arbeiten Medizin-Startups mit spezifischen Spitzentechnologien aktiv mit medizinischen Einrichtungen zusammen, um die Entwicklung zu beschleunigen. Erfolgreiche Medizin-Startups erhalten zunehmend Investitionen von großen Medizintechnikherstellern oder werden von diesen übernommen. Auch in Japan entstehen vielversprechende Medizin-Startups. Die Zusammenarbeit zwischen Ingenieuren und medizinischen Fachkräften wird sich voraussichtlich in Zukunft noch weiter intensivieren.

Kann auch als Spätzünder in der Qualität konkurrieren.

TANAKA PRECIOUS METAL TECHNOLOGIES ist ein Spätzünder auf dem Markt für Platinmaterialien für medizinische implantierbare Geräte. Dennoch ist das Unternehmen zuversichtlich in seinen Bemühungen, in den medizinischen Bereich vorzudringen. Chihiro Nakanishi aus der Abteilung für Technologietwicklung der New Business Company des Unternehmens ist zuversichtlich, dass "wir diesen Markt trotz unserer Spätzüngigkeit durchdringen können, weil wir die Qualität des Grundmaterials und die grundlegende fortschrittliche Mikroverarbeitungstechnologie haben."
Zuallererst ist das herausragende Merkmal der Technologie von TANAKA die Fähigkeit, Platin mit einer Reinheit von 99,99 %, bekannt als "4 Nines", zu produzieren. Nach der Gewinnung des Rohplatins verfeinert das Unternehmen es weiter in seiner eigenen Fabrik, um Barren herzustellen und deren Reinheit zu überprüfen. Diese hochreinen Barren werden dann gewalzt, um dünnen Draht zu erzeugen, der dann in die Produkte des Unternehmens verarbeitet werden kann. Das Endprodukt wird hergestellt, indem ein dünner Draht mit einem Durchmesser von 30µm oder 20µm gewickelt wird. Wenn es in diesem Stadium Klumpen von Verunreinigungen gibt, bricht der dünne Draht. Die Fähigkeit, ihn zu dünnem Draht zu verarbeiten, ist die Kehrseite der hohen Reinheit.
Der Hersteller von medizinischen Geräten, der das Produkt liefert, verarbeitet es zu einer winzigen Spule mit einem Durchmesser von weniger als 1 mm, was eine Form und Leistung bietet, die für Ärzte leicht zu verwenden ist. Der Hersteller von medizinischen Geräten verwendet dann diese Spule, um das endgültige Gerät zu erstellen und es an die medizinische Einrichtung zu liefern.
Platinlegierungen sind ein essentielles Material für Ärzte, die Katheterbehandlungen mit Röntgenstrahlen durchführen. Platin, das für Röntgenstrahlen schwer durchdringbar ist, kann in einem Katheter platziert werden, wodurch es unter der Fluoroskopie hoch sichtbar ist und die Position des Katheters millimetergenau bestimmt werden kann. Dies ist der einzige Weg für Ärzte, fortschrittliche Behandlungen sicher und zuverlässig durchzuführen, da sichergestellt wird, dass die Spitze des Katheters und der Behandlungsinstrumente ohne Fehler in das betroffene Gebiet geliefert werden. Ein weiteres Merkmal ist, dass Platin auch bei längerer Verweildauer im Körper stabil bleibt, eine geringe Toxizität aufweist und sehr gut in den Körper integriert ist.

Allerdings bedeutet es nicht, dass feiner Draht, der aus reinen Materialien hergestellt wird und die mechanischen Eigenschaften erfüllt, auch die Eigenschaften von medizinischen Geräten erfüllt. Daher muss das Maß an Zufriedenheit, das Ärzte mit medizinischen Geräten haben, so sein, dass sie mit ihnen basierend auf den taktilen Empfindungen ihrer Hände arbeiten können. TANAKA ist zuversichtlich in seine Produkte mit Draht, der eine spiegelglatte saubere Oberfläche hat. Wenn ein Block Rillen auf seiner Oberfläche hat, werden diese Rillen auf der Oberfläche des Drahtes erscheinen, wenn er gezogen wird. Das Unternehmen erklärt, dass Rillen in seinen Produkten nicht zu finden sind.
Als Professor Mitsunori Hasebe von der Tokai-Universität den Wunsch hatte, ein medizinisches Gerät zu schaffen, das einfacher zu bedienen ist als die verfügbaren, überlegte TANAKA zufällig, ob es seine Präzisionsverarbeitungstechnologie für Edelmetalle im medizinischen Bereich anwenden könnte. Zu diesem Zeitpunkt entstand eine Verbindung zwischen Professor Hasebe und einem Geschäftsführer von TANAKA, die Klassenkameraden in der High School und der Universität waren, und sie begannen, die Idee zu teilen, dass sie gemeinsam etwas tun könnten. Darüber hinaus trat Yoshinori Hiramatsu (Vertreter von Dream Medical Partners und Gastdozent an der Medizinischen Fakultät der Tokai-Universität), der Erfahrung bei einem großen Hersteller von medizinischen Geräten hat und mit den Genehmigungs- und Regulierungsangelegenheiten von medizinischen Geräten vertraut ist, der Zusammenarbeit bei, was zu einer Partnerschaft zwischen Industrie und Wissenschaft zwischen einem Materialhersteller und der Medizinischen Fakultät einer Universität mit klinischen Einrichtungen führte.
Die Entwicklung von Katheterbehandlungsgeräten wird von den Vereinigten Staaten und Europa geleitet. Minimalinvasive Behandlungen mit Kathetern sind mittlerweile zu einer der fortschrittlichsten Behandlungsmethoden geworden. Für TANAKA, das darauf abzielt, "zur Gesellschaft durch Edelmetalle beizutragen" (Nakanishi), könnte der Einstieg in den medizinischen Bereich ein Geschäft sein, das im Einklang mit der Zeit steht.

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