Partner von
Partner von

Die Schrittmacher

Die isländische Firma Össur entwickelt Prothesen, die dem menschlichen Willen gehorchen. Das stellt die Erfinder vor Fragen, die weit über die Medizintechnik hinausgehen.





• Magnús Oddsson zeigt Besuchern gern einen kurzen Film, wenn er erklären will, wie seiner Meinung nach die Zukunft der Prothetik aussehen wird. In diesem ist der 49-jährige Gudmundur Olafsson zu sehen, der unterhalb des rechten Knies statt eines Beines eine futuristisch aussehende Hightech-Prothese trägt. Der Mann sitzt auf einem Stuhl, eine Stimme sagt: „Fuß nach oben.“ Olafssons künstlicher Fuß bewegt sich nach oben. Dann wieder nach unten, anschließend dreht er sich zur Seite; erst nach links, dann nach rechts. Oddsson kommentiert das mit isländischer Begeisterung: „Sehr cool.“

Er ist Direktor der Abteilung Forschung und Entwicklung der isländischen Firma Össur in Reykjavik, und das, was der 42-Jährige mit zwei Worten kommentiert, ist nicht weniger als das große Versprechen der Medizintechnik: gehirngesteuerte Prothesen.

Wenn eine kleine Bewegung ein Riesenschritt ist

Durch sie soll ein Mensch, der eine seiner Gliedmaßen verloren hat, in Zukunft eine Prothese mit seiner Willenskraft steuern können. Wie vor der Amputation. Ein Paradigmenwechsel. Ohne Zweifel hat die Prothetik in den vergangenen Jahren gewaltige Fortschritte erzielt, und moderne Prothesen sind inzwischen Hightech-Geräte, die mithilfe vieler Sensoren selbstständig errechnen, in welchem Winkel etwa ein künstlicher Fuß am besten auf den unterschiedlich beschaffenen Böden aufsetzt: Geht es bergauf oder bergab? Wie schnell geht der Träger des künstlichen Unterschenkels, und wie ist die Körperhaltung am besten in eine möglichst natürliche Bewegung zu überführen? Die Sensoren dieser sogenannten bionischen Prothesen bleiben aber für ihre Träger nur indirekt steuerbar – Mikroprozessoren errechnen die jeweilige Situation, und auf diese stellt sich die Prothese ein. Der Mensch hängt sozusagen passiv an der Prothese. Auf die durch die Sensoren errechneten Ergebnisse, etwa einen optimalen Neigungswinkel beim Bergauflaufen, hat er keinen Einfluss.

Doch auch wenn ein Mensch ein Körperteil verliert, bleibt es im Gehirn im Prinzip vorhanden. Als eine Art Phantom existiert es dort nach wie vor als intaktes Bild. Die Hirnregionen, die vor der Amputation für die Bewegung der Finger, Arme, Zehen oder Beine sorgten, schicken weiterhin über die Nervenbahnen Impulse in Richtung Muskel. Das Gehirn will die Glieder bewegen. Es kann nur nicht mehr. Es sei denn, man lokalisiert diese Impulse, fängt sie auf, wandelt sie um und schickt die Information an die Prothese. Mit zwei Elektroden, grau und millimeterdünn, implantiert in die Beuge- und Streckmuskulatur des Oberschenkels.

Gudmundur Olafsson, der Mann aus dem Film, ist einer der beiden ersten Menschen überhaupt, die eine Prothese per Hirn und Elekroden zu bewegen vermochten, deren Funktionsweise Magnús Oddsson ebenfalls knapp zu erklären vermag: Diese seien „nichts anderes als Strommesser“.

Millimeterarbeit: Die Herstellung von Prothesen verlangt höchste Präzision
Höchstleistung dank Technik: der Athlet Helgi Sveinsson

Nicht nur Oddsson ist sicher, dass diese neue Generation von Prothesen künftig der Maßstab sein werden. Auch die deutsche Firma Otto Bock, weltweit die Nummer eins in der Prothetik-Branche, arbeitet an diesen sogenannten myoelektischen Prothesen, vor allem an solchen, die amputierte Arme ersetzen. Zwar sind die technischen Herausforderungen hier komplexer, vor allem weil das Zusammenspiel von Arm und Hand sowie das Greifen und Halten schwerer zu koordinieren sind. Doch rechnet man die Fortschritte von heute zu den möglichen Rechenleistungen der Mikroprozessoren von morgen, werden auch dort Durchbrüche nicht auf sich warten lassen.

Lange Zeit warf die Dystopie autonom agierender Maschinen einen düsteren Schatten auf die Prothetik-Branche. Oddsson ist der Terminator-Vergleiche müde, die insbesondere ab Mitte der Achtzigerjahre bei manchen zu schaurigen Zukunftsvorstellungen führten. Angesprochen auf die immer wieder vorgetragene Annahme etwa, einst würden sich Menschen gesunde Körperteile amputieren lassen, um sie durch überlegene künstliche Körperteile zu ersetzen, antwortet er wortlos mit nicht mehr als einem ernsten Blick durch seine schmale Brille. Immerhin fügt er dann noch hinzu: „Ich will keinesfalls den Supermenschen bauen.“ Das muss reichen.

Oddsson ist davon überzeugt, dass sich das Verhältnis von Mensch und Maschine geändert hat, beide ergänzten sich. Gerade in der Welt der Prothetik lasse sich das anschaulich machen. Durch Menschen, die trotz amputierter Oberschenkel wieder auf Berge steigen oder mit Armprothesen ihre Schuhe schnüren, die wieder sehen und hören können – dank des medizinischen Fortschritts und modernster Prothesentechnik. „Wir wollen mit unseren Produkten vor allem verloren gegangene Funktionen wiederherstellen und unseren Kunden Unabhängigkeit und Mobilität zurückgeben“, sagt er. Ein Ziel, das die Firma seit ihrer Gründung 1971 verfolgt. In ihrer Produktpalette findet sich alles zum Thema Prothetik. Mit Stützapparaten, Kompressionen und natürlich Prothesen wuchs Össur vom kleinen Familienbetrieb zu einem börsennotierten Weltkonzern. Die Zahlen für vergangenes Jahr: 483 Millionen Dollar Umsatz, 51 Millionen Dollar Nettogewinn, mehr als 2500 Angestellte, 18 Niederlassungen auf fünf Kontinenten. Damit ist Össur der zweitgrößte Anbieter nach dem Unternehmen Otto Bock, das schon seit 1919 Prothesen und Orthopädieprodukte herstellt.

Designer bei Össur: Grettir Yngvason

Zwar haben sich die Materialien im Laufe der Zeit geändert, haben PVC, Karbon oder Aluminium Holz und Leder längst ersetzt. Doch die Grundidee der Prothese blieb über Jahrzehnte nahezu gleich: künstliche Gliedmaßen mit Haken und Scharnieren, verbunden durch Seilzüge oder Kabel, die wiederum durch Hebel kontrolliert werden können. So sollten die natürlichen Bewegungen des menschlichen Körpers imitiert werden. So weit wie möglich. Denn ein Grundproblem blieb: Prothesen dieser Art bringen selbst keine Bewegungen hervor. Sie bleiben so lange passiv, bis der Träger sie mit den Muskelpartien aktiviert, die umständlich in der Rehabilitation zu diesem Zweck trainiert wurden. Für jede Bewegung der Prothese musste demnach die Energie aus einem anderen Teil des Körpers stammen, der die verlorenen, amputierten Muskeln ersetzt. Meist waren das die Schulter bei Arm- und die Hüfte bei Beinprothesen.

Doch dann kam Össur. „Wir brachten 2005 mit unserem Power Knee die erste aktive Prothese auf den Markt. Erst in den USA, kurz darauf in Europa“, sagt Oddsson. Ein künstliches Kniegelenk aus Aluminium, in der aktuellen Version fast 30 Zentimeter lang und knapp drei Kilo schwer.

Erstmals sorgte ein austariertes Zusammenspiel von Sensoren und Mikroprozessoren und ein Datenspeicher dafür, dass eine Prothese erkennt, wann sein menschlicher Träger aufstehen, gehen oder sich setzen will. Anfangs sendeten sechs Sensoren ihre Signale an einen eingebauten Chip und aktivierten per Batterie in Millisekunden das motorbetriebene künstliche Kniegelenk der Prothese. Das Power Knee ersetzte somit aktiv die verlorene Muskelkraft. Und ihr Träger musste in der Rehabilitation keinen neuen Bewegungsablauf trainieren – vielmehr empfand die sensorbetriebene, computergestützte Prothese das natürliche Körperteil des Menschen nach. Ein Meilenstein.

Das Verschmelzen von Natur und Technik

Auf einen Schlag waren die Isländer ganz vorn dabei auf einem Gebiet, das Naturwissenschaftler, Mediziner und Ingenieure als Bionik bezeichnen. Eine Wortschöpfung, zusammengeschmolzen aus dem griechischen bios für Leben und dem Begriff Technik. Die Vorgänge der Natur dienen der Bionik als Vorbild, und der Mensch versucht sie nachzubauen – wie bei Klettverschlüssen, Saugnäpfen oder Helikoptern. Das Thema interessiert Forscher schon, seit Leonardo da Vinci den Flug der Vögel mit einer Maschine nachahmen wollte. Doch es waren vor allem die Fortschritte der Computerchiptechnik, die die Hochzeit aus Mensch und Maschine möglich zu machen scheinen und es Össur erlaubten, die Ergebnisse jahrelanger Forschung in ein marktreifes Produkt zu verwandeln.

Für ihn ist die Zukunft der Prothetik schon Gegenwart: Magnús Oddsson

„Die einzelnen Chips und Sensoren sind Standardkomponenten. Die Herausforderung war, wie wir sie verbinden und passend programmieren können“, sagt Oddsson. Im ersten Knie erkannten die Sensoren vor allem über Gewichtsveränderungen, worauf die Prothese sich einzustellen hatte. Im neuesten Modell liefern knapp 20 Sensoren die Daten, aus denen der Chip errechnet, ob der Träger auf den Fußspitzen oder Ballen steht, den Winkel des künstlichen Kniegelenks, in welcher Umgebung der Träger sich befindet, ob schneller oder langsamer gegangen und gelaufen werden soll – alles, um sichere und möglichst natürliche Bewegungen zu liefern. Die einzige Grenze bildet die Laufzeit der Akkubatterien.

„Das Power Knee will die meisten klinischen Probleme lösen, die sich aus einer Amputation oberhalb des Knies ergeben“, sagt Oddsson. Das heißt vor allem: Mobilität und Sicherheit ohne die beinahe üblichen Begleiterscheinungen wie chronische Hüft- oder Rückenschmerzen, Erschöpfung und zunehmende Passivität.

Dabei treffen künstliche Knie, Beine oder Arme auf einen besonderen und vor allem relativ kleinen Markt, „zum Glück“ wie Oddsson betont. Allein in Deutschland gibt es jährlich 60 000 Amputationen, sagt Dagmar Gail vom Verein Amputierten-Initiative e. V. – zumeist wegen Unfällen, Diabetes oder Knochenkrebserkrankungen. Ein Einschnitt für jeden Betroffenen, von dem sich manche über Jahre nicht erholen. Firmen wie Össur wollen es zumindest lindern.

Hochleistungsmetallfräsen lassen dort vollautomatisch Gewinde und Zahnräder entstehen, die per Hand millimetergenau eingearbeitet werden müssen – oder die ganze Prothese funktioniert nicht. So entstehen Fuß- und Beinprothesen, mit denen selbst Hochleistungssport wieder möglich wird. Nicht zuletzt aus PR-Gründen gibt es ein „Team Össur“ aus 15 Sportlern – von Sprintern bis zu Marathonläuferinnen –, die mit speziellen Prothesen Medaillen jagen.

Fräsen, stanzen, schleifen: Prothesen-Herstellung bei Össur

Darunter ist auch Helgi Sveinsson. Knochenkrebs nahm dem auf Island geborenen Speerwerfer vor 17 Jahren das linke Bein. Heute trainiert der 37-Jährige für die Paralympics in Rio de Janeiro im kommenden September und ist zudem Kundenberater und Testperson für neue Prothesen. Auch seine Beinprothese gleicht einem Stecksystem. Am Ende des Prothesenschaftes, der auf das verbleibende Körperteil gezogen und per Unterdruck befestigt wird, liegt eine Schraube, mit der je nach Aktivität der Träger die passende Prothese verbunden wird. Bei Wettkämpfen muss Sveinsson eine geschwungene Laufschiene aus Karbon, die „Cheetah“ wählen – die Regularien der Sportverbände lassen keine aktiven, batteriebetriebenen Prothesen zu. Im Alltag hingegen ist die seine erste Wahl. Den Wechsel von einer mechanischen auf eine bionische Prothese bereut er keinesfalls: „Es ist wie der Umstieg von einem Fahrrad in einen Ferrari.“

Dennoch: Trotz aller Fortschritte wählt nicht jeder Betroffene das Power Knee. Denn auch andere Prothesen besitzen Mikroprozessoren. Zwar mit weniger Funktionen und ohne aktive Maschinenkraft. Doch für viel weniger Geld. So hat Össur von seinem Power Knee bislang in Europa weniger als 1000 Einheiten verkauft, ein paar mehr in den USA, genaue Zahlen will er nicht verraten. Doch überall muss der interessierte Kunde eigenes Geld zuschießen – je nach Erstattungsanteil der Krankenkassen bis zu 38 000 Dollar. Auch Oddsson hat erkannt, dass bionische Prothesen somit eher „eine sehr interessante Lösung für einen bestimmten Teil der Bevölkerung sind“. Auch, aber nicht nur wegen des Preises. „Wir wollen natürlich diese fortschrittlichen Prothesen allen anbieten, aber sie sind vor allem für Amputierte interessant, die sehr aktiv sein wollen. Und diese Gruppe bekommt auch von den Kassen die größten finanziellen Beihilfen.“

Den größten Teil seines Umsatzes erwirtschaftet das isländische Unternehmen daher noch immer mit Silikon-Überzügen für die übrig gebliebenen Gliedmaßen, mit Stützapparaten und anderen Orthopädieprodukten. Mit gut 40 Prozent folgen die Prothesen, wovon wiederum nur 16 Prozent aus Össurs „Bionic Line“ stammen. Der Markt für Prothesen mag Hunderte Millionen Dollar schwer sein, doch im Vergleich sind die smarten Prothesen ein Leichtgewicht. Noch. Denn für Oddsson ist klar, dass diese Technik irgendwann gängig sein wird. „Es ist wie beim Schachspiel. Wir wollen uns mit den bionischen Prothesen einen bestimmten Teil des Bretts für Potenziale offenhalten.“ Und dann eben in naher Zukunft an ihnen verdienen.

Weltweit läuft die bionische Forschung auf Hochtouren – Medizintechniker, Bioingenieure, Ärzte und Chirurgen der großen Universitäten und Institute melden jährlich aus ihren Laboren neue Fortschritte. Vor allem aus den USA, von Stanford über Yale bis zum MIT, aber auch aus dem deutschen Fraunhofer-Institut. Firmen wie Otto Bock, Össur oder Blatchford als weiterer großer Anbieter entwickeln die Forschung weiter.

Oddssons Abteilung stehen rund zwei Millionen US-Dollar zur Verfügung. Jährlich und für jedes einzelne bionische Projekt. Natürlich variieren die Kosten, doch mit bis zu 15 Millionen US-Dollar, sagt Oddsson, lasse sich eine dieser intelligenten Prothesen vom Papier bis zur Produktion bringen.

Seit 2013 laufen bei Össur Tests mit der nächsten Prothesengeneration, die die menschliche Steuerung der künstlichen Gliedmaße erlaubt. Marktreif sind sie noch nicht. „Wir brauchen vor allem konstante und saubere Signale aus dem Körper nach außen“, sagt Oddsson. Nur so lassen sich die Bewegungen der Prothese mit den Absichten des Trägers abstimmen, kalibriert von Orthopädietechnikern. „Der Patient sollte sich eine Bewegung vorstellen. Fuß nach oben. Bein zurück, hoch oder zur Seite. Und die Techniker maßen, welche Signalstärke welcher Bewegung entspricht.“

Neben Fragen der technischen Machbarkeit stellen sich für Össur auch ethische Überlegungen: Wer soll etwa Zugriff auf die gesammelten Daten erhalten? Nur der Patient? Krankenkassen? Versicherungen? Zudem interessiert sich auch das Militär für die Fortschritte der neuen Prothesen und unterstützen Forschungsinstitute mit Millionen. Vorläufig, um verwundeten Soldaten eine optimale Betreuung zu ermöglichen. Doch es ist längst ein offenes Geheimnis, dass Kampfroboter in unbestimmter Zukunft Soldaten ersetzen sollen. Den Anhängern der Dystopien werden die Themen nicht ausgehen. ---