Textination Newsline

Freezing, plötzliche Blockaden bei Bewegungsabläufen, ist eines der häufigsten und belastendsten Symptome der Parkinson-Krankheit, einer neurodegenerativen Erkrankung, von der weltweit mehr als 9 Millionen Menschen betroffen sind. Wenn Menschen mit Parkinson „einfrieren“, verlieren sie plötzlich die Fähigkeit, ihre Füße zu bewegen, oft mitten im Schritt, was zu einer Reihe von stakkatoartigen, stotternden Schritten führt, die immer kürzer werden, bis die Person schließlich ganz stehen bleibt. Diese Episoden sind eine der Hauptursachen für Stürze bei Menschen mit Parkinson.

Heutzutage wird Freezing mit einer Reihe von pharmakologischen, chirurgischen oder Verhaltenstherapien behandelt, von denen keine besonders wirksam ist. Was wäre, wenn es einen Weg gäbe, Freezing gänzlich zu verhindern?

Forscher der Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) und des Boston University Sargent College of Health & Rehabilitation Sciences haben einen weichen, tragbaren Roboter eingesetzt, der einem Parkinson-Patienten hilft, ohne Freezing zu gehen. Das Roboterkleidungsstück, das um Hüfte und Oberschenkel getragen wird, gibt beim Schwingen des Beins einen sanften Druck auf die Hüfte und hilft dem Patienten, einen längeren Schritt zu machen.

Mit dem Hilfsmittel konnte das Freezing der Teilnehmer beim Gehen in geschlossenen Räumen vollständig beseitigt werden, so dass sie schneller und weiter gehen konnten als ohne die Hilfe des Kleidungsstückes.

„Wir stellten fest, dass schon eine geringe mechanische Unterstützung durch unsere weiche Roboterkleidung eine Sofortwirkung hatte und das Gehen der Versuchspersonen unter verschiedenen Bedingungen nachhaltig verbesserte“, so Conor Walsh, Paul A. Maeder Professor für Ingenieur- und angewandte Wissenschaften am SEAS und Mitautor der Studie.

Die Forschung zeigt das Potenzial der Soft-Robotik zur Behandlung dieses frustrierenden und potenziell gefährlichen Symptoms der Parkinson-Erkrankung auf und könnte es Menschen, die mit dieser Krankheit leben, ermöglichen, nicht nur ihre Mobilität, sondern auch ihre Unabhängigkeit wiederzuerlangen.

Seit über einem Jahrzehnt entwickelt das Biodesign Lab von Walsh am SEAS unterstützende und rehabilitative Robotertechnologien zur Verbesserung der Mobilität von Menschen nach einem Schlaganfall, mit ALS oder anderen Krankheiten, die die Mobilität beeinträchtigen. Ein Teil dieser Technologie, insbesondere ein Exosuit für das Gehtraining nach einem Schlaganfall, wurde vom Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering, and Harvard’s Office of Technology Development unterstützt, und das Harvard’s Office of Technology Development  koordinierte eine Lizenzvereinbarung mit ReWalk Robotics zur Vermarktung der Technologie.

Im Jahr 2022 erhielten SEAS und Sargent College einen Zuschuss von der Massachusetts Technology Collaborative, um die Entwicklung und Umsetzung von Robotik und Wearable Technologies der nächsten Generation zu unterstützen. Die Forschung ist im Move Lab angesiedelt, dessen Aufgabe es ist, Fortschritte bei  der Verbesserung der menschlichen Leistungsfähigkeit zu unterstützen, indem es den Raum für die Zusammenarbeit, die Finanzierung, die F&E-Infrastruktur und die Erfahrung bereitstellt, die notwendig sind, um vielversprechende Forschung in ausgereifte Technologien zu verwandeln, die durch die Zusammenarbeit mit Industriepartnern umgesetzt werden können. Diese Forschung ist aus dieser Partnerschaft hervorgegangen.

„Der Einsatz weicher, tragbarer Roboter zur Verhinderung des Freezing beim Gangbild von Parkinson-Patienten erforderte eine Zusammenarbeit zwischen Ingenieuren, Rehabilitationswissenschaftlern, Physiotherapeuten, Biomechanikern und Bekleidungsdesignern", so Walsh, dessen Team eng mit dem von Terry Ellis, Professor und Lehrstuhlinhaber für Physiotherapie sowie Leiter des Zentrums für Neurorehabilitation an der Universität Boston, zusammenarbeitete.

Das Team arbeitete sechs Monate lang mit einem 73-jährigen Mann, der an Parkinson erkrankt war und trotz chirurgischer und medikamentöser Behandlung mehr als zehnmal am Tag unter erheblichem und behinderndem Freezing litt, was immer wieder zu Stürzen führten. Diese Episoden hinderten ihn daran, sich in seiner Nachbarschaft zu bewegen, und zwangen ihn, sich draußen mit einem Elektromobil fortzubewegen.

In früheren Forschungsarbeiten wiesen Walsh und sein Team mithilfe der Human-in-the-Loop-Optimierung nach, dass ein weiches, am Körper zu tragendes Gerät die Hüftbeugung verstärken und den Schwung des Beins nach vorne unterstützen kann, um den Energieverbrauch beim Gehen bei gesunden Menschen effizient zu senken.

In diesem Fall verwendeten die Forscher den gleichen Ansatz, um das Freezing zu bekämpfen. Das tragbare Gerät verwendet kabelgesteuerte Aktoren und Sensoren, die um Taille und Oberschenkel getragen werden. Anhand der von den Sensoren erfassten Bewegungsdaten schätzen Algorithmen die Phase des Gangs und erzeugen im Zusammenspiel mit der Muskelbewegung Unterstützung.

Die Wirkung trat sofort ein. Ohne spezielles Training war der Patient in der Lage, ohne Freezing in geschlossenen Räumen und mit nur gelegentlichen Episoden im Freien zu gehen. Er war ebenfalls in der Lage, ohne Stocken zu gehen und zu sprechen, was ohne das Gerät kaum möglich war.

„Unser Team war sehr gespannt darauf, wie sich die Technologie auf das Gangbild der Teilnehmer auswirkt“, sagt Jinsoo Kim, ehemaliger Doktorand am SEAS und Mitautor der Studie.

Während der Studienbesuche erzählte der Teilnehmer den Forschern: „Der Anzug hilft mir, längere Schritte zu machen, wenn er nicht aktiv ist, merke ich, dass ich meine Füße viel mehr nachziehe. Er hat mir wirklich geholfen, und ich empfinde ihn als einen positiven Schritt nach vorn. Er könnte mich darin unterstützen, länger zu gehen und meine Lebensqualität zu erhalten."

„Unsere Studienteilnehmer, die freiwillig ihre Zeit opfern, sind echte Partner“, so Walsh. „Da die Mobilität schwierig ist, war es für diese Person eine echte Herausforderung, überhaupt ins Labor zu kommen, aber wir haben so sehr von ihrer Perspektive und ihrem Feedback profitiert.“

Das Gerät könnte auch eingesetzt werden, um die Mechanismen des Freezing besser zu verstehen, die nur unzureichend erforscht sind.

„Da wir das Freezing nicht wirklich verstehen, wissen wir nicht, warum dieser Ansatz so gut funktioniert“, so Ellis. Aber diese Arbeit deutet auf die potenziellen Vorteile einer "Bottom-up"-Lösung statt einer "Top-down"-Lösung zur Behandlung von Gangfehlern hin. Wir sehen, dass die Wiederherstellung einer fast normalen Biomechanik die periphere Dynamik des Gangs verändert und die zentrale Verarbeitung der Gangkontrolle beeinflussen kann.“

Das Team arbeitete sechs Monate lang mit einem 73-jährigen Mann, der an Parkinson erkrankt war und trotz chirurgischer und medikamentöser Behandlung mehr als zehnmal am Tag unter erheblichem und behinderndem Freezing litt, was immer wieder zu Stürzen führten. Diese Episoden hinderten ihn daran, sich in seiner Nachbarschaft zu bewegen, und zwangen ihn, sich draußen mit einem Elektromobil fortzubewegen.

In früheren Forschungsarbeiten wiesen Walsh und sein Team mithilfe der Human-in-the-Loop-Optimierung nach, dass ein weiches, am Körper zu tragendes Gerät die Hüftbeugung verstärken und den Schwung des Beins nach vorne unterstützen kann, um den Energieverbrauch beim Gehen bei gesunden Menschen effizient zu senken.

In diesem Fall verwendeten die Forscher den gleichen Ansatz, um das Freezing zu bekämpfen. Das tragbare Gerät verwendet kabelgesteuerte Aktoren und Sensoren, die um Taille und Oberschenkel getragen werden. Anhand der von den Sensoren erfassten Bewegungsdaten schätzen Algorithmen die Phase des Gangs und erzeugen im Zusammenspiel mit der Muskelbewegung Unterstützung.

Die Wirkung trat sofort ein. Ohne spezielles Training war der Patient in der Lage, ohne Freezing in geschlossenen Räumen und mit nur gelegentlichen Episoden im Freien zu gehen. Er war ebenfalls in der Lage, ohne Stocken zu gehen und zu sprechen, was ohne das Gerät kaum möglich war.

„Unser Team war sehr gespannt darauf, wie sich die Technologie auf das Gangbild der Teilnehmer auswirkt“, sagt Jinsoo Kim, ehemaliger Doktorand am SEAS und Mitautor der Studie.

Während der Studienbesuche erzählte der Teilnehmer den Forschern: „Der Anzug hilft mir, längere Schritte zu machen, wenn er nicht aktiv ist, merke ich, dass ich meine Füße viel mehr nachziehe. Er hat mir wirklich geholfen, und ich empfinde ihn als einen positiven Schritt nach vorn. Er könnte mich darin unterstützen, länger zu gehen und meine Lebensqualität zu erhalten."

„Unsere Studienteilnehmer, die freiwillig ihre Zeit opfern, sind echte Partner“, so Walsh. „Da die Mobilität schwierig ist, war es für diese Person eine echte Herausforderung, überhaupt ins Labor zu kommen, aber wir haben so sehr von ihrer Perspektive und ihrem Feedback profitiert.“

Das Gerät könnte auch eingesetzt werden, um die Mechanismen des Freezing besser zu verstehen, die nur unzureichend erforscht sind.

„Da wir das Freezing nicht wirklich verstehen, wissen wir nicht, warum dieser Ansatz so gut funktioniert“, so Ellis. Aber diese Arbeit deutet auf die potenziellen Vorteile einer "Bottom-up"-Lösung statt einer "Top-down"-Lösung zur Behandlung von Gangfehlern hin. Wir sehen, dass die Wiederherstellung einer fast normalen Biomechanik die periphere Dynamik des Gangs verändert und die zentrale Verarbeitung der Gangkontrolle beeinflussen kann.“

Die Studie wurde von Jinsoo Kim, Franchino Porciuncula, Hee Doo Yang, Nicholas Wendel, Teresa Baker und Andrew Chin mitverfasst. Asa Eckert-Erdheim und Dorothy Orzel trugen ebenfalls zur Entwicklung der Technologie bei, ebenso wie Ada Huang, Sarah Sullivan leitete die klinische Forschung. Das Projekt wurde von der National Science Foundation unter dem Zuschuss CMMI-1925085, von den National Institutes of Health unter dem Zuschuss NIH U01 TR002775 und von der Massachusetts Technology Collaborative, Collaborative Research and Development Matching Grant unterstützt.

Wenn Sie schon einmal genäht wurden oder einen chirurgischen Eingriff hatten, haben Sie vielleicht eine Wundnaht erhalten. Das sind die Fäden, die zum Schließen von Wunden oder zum Zusammenfügen von Gewebe zu anderen Zwecken verwendet werden.

Aber wussten Sie, dass es verschiedene Arten von Nahtmaterial gibt, die sich auf Ihre Erfahrungen beim Arzt oder Chirurgen auswirken können?

So können beispielsweise „barbed sutures“ (chirurgisches Nahtmaterial mit Widerhaken) die Zeit, die Sie auf dem Operationstisch verbringen, verkürzen und die Wahrscheinlichkeit chirurgischer Komplikationen verringern. Diese Art von Naht hat ihre Wurzeln im amerikanischen Forschungsdreieck der drei Universitäten North Carolina State University, Duke University und University of North Carolina at Chapel Hill, sie wird von Studenten und Lehrkräften des Wilson College of Textiles weiterentwickelt.

Dr. Gregory Ruff, ein landesweit anerkannter plastischer Chirurg, erfand den innovativen Verschluss erstmals 1991 in Chapel Hill, North Carolina.

„Ich habe darüber gegrübelt, dass wir Wunden mit einer Schlaufe und einem Knoten zusammennähen, und wenn man sie zu fest zusammenbindet, kann das die Durchblutung einschränken und das Gewebe in der Schlaufe zerstören“, erinnert sich Dr. Ruff. Ich habe weiter über Tiere nachgedacht, und mir kam der Stachelschweinkiel in den Sinn. Und das Aha-Erlebnis war: ‚Was wäre, wenn wir einen Stachel auf der einen Seite der Wunde anbringen und einen anderen auf der anderen Seite der Wunde, so dass es keine Schlaufe gibt: Die Stacheln gehen rein, aber sie kommen nicht wieder raus?‘“

Wie der Name schon sagt, haben Widerhaken-Nähte kleine Fortsätze, die aus ihnen herausschießen und sich im Gewebe verankern können: Denken Sie an Stacheldraht oder einen Angelhaken. Diese „Stacheln“ oder Widerhaken ermöglichen es dem Nahtmaterial, sich selbst zu verankern. Da kein Knoten zur Sicherung der Naht erforderlich ist, erfolgt der Verschluss schneller, und das Fehlen von Knoten und einschnürenden Schlingen fördert die Heilung. Zudem können Chirurgen dadurch auch mehr Operationen terminieren.

Bald nach seinem Aha-Erlebnis gründete Dr. Ruff sein eigenes Unternehmen, Quill Medical, um diese Widerhaken-Nähte herzustellen. Er verfügte zwar über das medizinische Fachwissen und einen soliden Geschäftspartner, doch suchte Dr. Ruff jemanden, der ihn in Bezug auf die Materialzusammensetzung des Nahtmaterials beraten konnte. Die biomedizinische Textilforschungsgruppe des Wilson College unter der Leitung von Professor Martin King erwies sich schnell als der geeignete Partner.

In den Laboren des Wilson College führten Kings Doktoranden eine Reihe von Tests mit Ruffs Nahtmaterial in verschiedenen Gewebetypen (wie Haut, Muskeln usw.) durch. Einer dieser Studenten, Nilesh Ingle, fand heraus, dass die Widerhaken am besten funktionierten, wenn ihre Winkel speziell auf die Art des zu nähenden Gewebes zugeschnitten waren.

Jahre danach baut einer von Kings derzeitigen Doktoranden auf diesen Forschungsergebnissen auf.

Herausforderungen verstehen und innovative Lösungen anbieten
Fast drei Jahrzehnte nach der Erfindung der Widerhaken-Naht verwenden die meisten Chirurgen trotz der von Forschern und Chirurgen dokumentierten Vorteile immer noch herkömmliche Nähte. Aber wieso?

Karuna Nambi Gowri, Doktorandin der Faser- und Polymerwissenschaften in Kings Forschungsgruppe, nennt dafür zwei Gründe. Der erste Grund ist der Widerstand gegen Veränderungen. Die meisten praktizierenden Chirurgen haben den Umgang mit Nahtmaterial gelernt, bevor chirurgisches Nahtmaterial mit Widerhaken auf breiter Front verfügbar wurde.

Das zweite Hindernis für die Verwendung von solchen Widerhakenfäden ist ihre Beschaffung. Widerhaken-Nähte sind in der Regel sowohl teuer als auch schwer zu beschaffen. Das liegt daran, dass das derzeitige Verfahren zu ihrer Herstellung (mechanisch und mit Klingen) sowohl zeitlich als auch ressourcenmäßig ineffizient ist.

Hier setzt die Forschung von Nambi Gowri in der Forschungsgruppe für biomedizinische Textilien des Wilson College an. Sie entwickelt eine schnellere und billigere Methode zur Herstellung von Nahtmaterial mit Widerhaken in der gleichen Qualität.

„Wenn ich mit einem Laser arbeite, ist die Herstellungszeit im Vergleich zu einer mechanischen Widerhakentechnik ziemlich kurz“, so Nambi Gowri.

Der Wechsel von einer mechanischen Methode zu einer Lasermethode hat einen weiteren Vorteil. „Die Manipulation des Widerhakennahtmaterials selbst ist mit einem Laser einfacher“, betont sie.

Mit anderen Worten: Der Einsatz des Lasers ermöglicht es Nambi Gowri, die von früheren Forschern vorgeschlagenen individuellen Widerhakengeometrien oder -winkel in kommerziellem Maßstab anzuwenden. Mit diesen maßgeschneiderten Geometrien kann das Nahtmaterial mit Widerhaken für die Art des Gewebes, das es verbinden soll, optimiert werden.

Neben dem neuen Verfahren entwickelt Nambi Gowri auch ein neues Nahtmaterial. „Ich bin die erste, die Catgut-Nähte mit Widerhaken untersucht hat“, erklärt sie.

Catgut war eines der ersten Materialien, die zur Herstellung von Nahtmaterial verwendet wurden. Der Faden wird aus Gewebe hergestellt, das dem Magen eines Tieres entnommen wird. Während die Industrie von diesem Material zugunsten synthetischer Polymere abgerückt ist, sieht Nambi Gowri das Potenzial von Catgut für Widerhaken-Nähte, da es sich schnell abbaut.

„Dies sind nützliche externe Wundverschlüsse“, sagt sie. „Da unser Körper so viel Kollagen enthält und Catgut zu 90 % aus Kollagen besteht, ist es ein geeigneteres Polymer, das in menschlichem Gewebe verwendet werden kann."

Praktische Erfahrungen prägen die Forschung
In der Zwischenzeit hat Nambi Gowri praktische Erfahrungen gesammelt, die sie in ihre Forschung einfließen lässt, indem sie alle Widerhakennähte herstellt, die bei den Mikro-Facelift-Operationen von Dr. Ruff verwendet werden.

Die Operation selbst wird durch die Form und die Materialzusammensetzung des Nahtmaterials ermöglicht: Poly-4-hydroxybutyrat (P4HB). Dieses Polymer ist in unserem Körper bereits natürlich vorhanden, so dass Nahtmaterial aus P4HB mit der Zeit auf natürliche und sichere Weise vom Körper aufgenommen wird. Das bedeutet, dass die Patienten nach der Operation keinen Termin für die Entfernung des Nahtmaterials vereinbaren müssen.

P4HB bietet außerdem die perfekte Kombination aus Festigkeit und Elastizität, um das Gesichtsgewebe zu stabilisieren, bis die Wunde verheilt ist. Die Widerhaken hingegen ermöglichen es, die Naht zu platzieren und sicher in der Haut zu verankern, ohne dass große Schnitte erforderlich sind.

„Die Haut strafft sich sofort“, sagt Dr. Ruff über das Verfahren, das Patienten aus dem ganzen Land anzieht. „Ich muss also keine Haare entfernen und keine Narbe am Haaransatz hinterlassen.“

“Diese Fäden sind weltweit nicht im Handel erhältlich. Um Nahtmaterial mit Widerhaken in unterschiedlicher Größe zuverlässig und einheitlich für den Einsatz in der klinischen Praxis mechanisch zu verarbeiten, braucht man also Geschick, Erfahrung und Kenntnisse in der Qualitätskontrolle“, sagt Professor King über die Arbeit von Nambi Gowri.

Dadurch hat Karuna ein praktisches Verständnis für die Nähte gewonnen, die sie zu verbessern hofft. Ihr Wissen über Fasern und Polymere habe dabei eine Schlüsselrolle gespielt, um alle Aspekte ihrer Forschung anzugehen.

„Alle analytischen Techniken, die für die Charakterisierung von Nahtmaterial verwendet werden - wie die Bestimmung mechanischer Eigenschaften und die Messung der Zugfestigkeit - stammen eigentlich aus meinem Wissen über Textilien“, sagt sie. „Ich wende meine Kenntnisse in der Polymerchemie an, um sicherzustellen, dass der Laser nicht dazu führt, dass das Nahtmaterial degradiert, schmilzt oder thermische Schäden erleidet.“

Wie geht es weiter?
Nambi Gowri arbeitet an der Patentierung ihrer Entwürfe und ist zuversichtlich, dass sie mit ihrer Dissertation nach ihrem Abschluss im Bereich Forschung und Entwicklung (F&E) erfolgreich sein wird.

In der Zwischenzeit hat sie bereits herausgefunden, wie ihre Forschung einen breiteren Nutzen haben kann.

„Dr. Dan Duffy, DVM, ein Chirurg am NC State College für Veterinärmedizin, ist ebenfalls an der Verwendung von Widerhaken-Nähten interessiert, um gerissene und kaputte Sehnen bei seinen Tieren zu behandeln, aber er hält die Kosten für den Kauf von kommerziellen Widerhaken-Nähten für unerschwinglich. Wir müssen also zusammenarbeiten", sagt King. „Karuna als Retterin!“

• Erfolgreiche Finanzierungsrunde für Empa-Spin-off «Nahtlos»

Nahtlos, ein Spin-off der Empa, hat in einer ersten Finanzierungsrunde 1 Million Franken von einem Netzwerk von «Business Angels» aus der Schweiz und Liechtenstein sowie von der Startfeld-Stiftung erhalten. Damit möchte Nahtlos den Markteintritt der neu entwickelten Textil-basierten Elektrode für medizinische Anwendungen vorantreiben.

Nahtlos, ein Spin-off der Empa, hat in den vergangenen zwei Jahren neuartige, Textil-basierte Elektroden zur Aufzeichnung der Herzaktivität (Elektrokardiogramm, EKG) – etwa, um Vorhofflimmern zu erkennen – sowie für Elektrostimulationstherapien entwickelt, z.B. um die Muskelmasse bei gelähmten Patienten zu erhalten. Textil-basierte Elektroden ermöglichen eine sanfte und hautschonende Anwendung, auch wenn die Elektroden über mehrere Tage oder gar Wochen getragen werden müssen. Die textile Elektrode ist somit die erste Alternative zur Gel-Elektrode, welche vor 60 Jahren entwickelt worden ist und noch heute als Standard für medizinische Anwendungen gilt.

Der Nahtlos-Gründer und ehemalige Empa-Forscher Michel Schmid und der Mit-Gründer und Betriebswirtschaftler José Näf haben die Textil-basierte Technologie, welche in verschiedenen, unter anderem von der Innosuisse geförderten Projekten an der Empa entwickelt und patentiert worden ist, weiterentwickelt und ausgereift. Das Ziel war dabei, ein Produkt für medizinische Langzeit-Anwendungen herzustellen, welches während einer Anwendung von bis zu mehreren Wochen zuverlässig EKG Signale aufzeichnet, dabei eine hohe Patientenakzeptanz erreicht und durch seine Wirtschaftlichkeit für den Leistungserbringer überzeugt. Heute ist das Patent zur textilbasierten Elektrodentechnologie nach Erreichen eines Meilensteins im Eigentum von nahtlos.

Finanzierung durch «Business Angels» und Startfeld-Stiftung
Für die Zertifizierung ihres Produkts, den Produktionsaufbau und die Marktbearbeitung haben Schmid und Näf nach Investoren gesucht – und konnten die Seed-Finanzierungsrunde vor kurzem erfolgreich beenden: die beiden Jungunternehmer akquirierten CHF 1 Million von Business Angelnetzwerken aus der Schweiz und Liechtenstein und von der Startfeld Stiftung. Die Nahtlos AG wurde beim Aufbau des Unternehmens von Startfeld, der Start-up Förderung des Switzerland Innovation Park Ost (SIP Ost), in Form von Coaching, Beratung und Frühphasen-Finanzierung unterstützt. Nahtlos ist zudem im Innovationspark Ost an der Lerchen-feldstraße 3 beheimatet, wo durch die Zusammenarbeit von Start-ups, Unternehmen und Hochschulen Innovationen initiiert und beschleunigt werden.

Zusammen mit der Empa und Nahtlos war der SIP Ost dieses Jahr auch auf der OLMA präsent. Am Stand konnten sich Besucherinnen und Besucher live und vor Ort über die Forschungsaktivitäten der Empa im Bereich «Digital Health» sowie über die Nahtlos-Technologie und deren Textil-Elektroden zur Gesundheitsüberwachung informieren.

Die meisten Menschen möchten im Alter so selbstständig wie möglich leben. Wie Senioren-Einrichtungen mit moderner Raumgestaltung und smarter Ausstattung diesem Bedarf entsprechen, zeigen die Aussteller auf der Branchen-Leitmesse ALTENPFLEGE vom 26. bis 28. April in Essen.

Die Nachfrage nach Angebotsformen wie dem Service-Wohnen steigt. Studien prognostizieren einen Bedarf von rund 540 000 neuen Servicewohneinheiten in den kommenden Jahren. Wie Senioren-Einrichtungen der stark wachsenden Nachfrage mit flexibler Raumgestaltung und digitaler Unterstützung begegnen, gehört zu den großen Trends der diesjährigen 32. Ausgabe der Fachmesse Altenpflege. Zu sehen sind sie in der Sonderschau Aveneo, darunter auch intelligente Systeme für Herdabschaltung, Lichtsteuerung und Raumtemperatur sowie für Sturzsensoren und Notrufe.

Die künftigen Mieter oder Käufer von Service-Wohn-Apartments sind bereit, gezielt in die eigene Lebensumgebung zu investieren (Quelle: Terragon-Studie 2021). Im Vordergrund stehen eine Wohlfühlatmosphäre, ein großes Maß an Sicherheit und die Möglichkeit, bei Bedarf Pflegedienstleistungen in Anspruch zu nehmen. „Dies kann durch eine klug durchdachte Anordnung der Räume innerhalb eines Service-Wohn-Apartments erleichtert werden, in dem man zum Beispiel Bad und Schlafzimmer direkt nebeneinander anordnet und die Wand mit dem Waschbecken drehbar macht“, erläutert Carolin Pauly, Geschäftsführerin von Universal Rooms, die sich als Nahtstelle zwischen den Wünschen der Betreiber und den Produkten im Markt des Service-Wohnens verstehen. „Die Möbel- und Einrichtungsindustrie ist aufgefordert, moderne Kollektionen mit versteckten Produkteigenschaften zu konzipieren, die das Leben im Alter erleichtern“, fordert Pauly. Das könne beispielsweise der in den Waschtisch eingebaute Haltegriff sein oder der mit dem Rollstuhl unterfahrbare Esstisch.

Auch das Lichtmanagement spielt eine wichtige Rolle. Es sollte Wohlbefinden und Geborgenheit vermitteln sowie Orientierung und Sicherheit geben. Gerade altersbedingte Krankheitsbilder stellen hohe Anforderungen an die Beleuchtung. Hier können Lichtsysteme, die den natürlichen Tages- und Nachtrhythmus simulieren, Hilfe schaffen.

Wohnen, Pflegen und Digitalisierung kombinieren
Der Hauptgeschäftsführer der Evangelischen Heimstiftung (EHS), Bernhard Schneider, sieht „eine individuell und bequem eingerichtete Wohnung, die mit intelligenter Technik viel Sicherheit und Selbstbestimmtheit ermöglicht“, als das Seniorenwohnen der Zukunft an. „Ich bin sicher: In Zukunft werden wir in einem sektorenfreien Setting das Wohnen, die Pflege und Betreuung und die Digitalisierung noch stärker als Bausteine begreifen müssen, die sich je nach Bedarf kombinieren lassen.“

Das fängt laut Schneider mit dem Wohnen an: In einem Pflegeappartement oder einer betreuten Wohnung, in einer Wohngemeinschaft oder sonstigen gemeinschaftlichen Wohnform, in einer Residenz oder einem Generationenprojekt. Alle Wohnformen sollten gut ins Quartier eingebunden sein – dafür braucht es verlässliche, finanzierte Beratungsstrukturen, etwa durch Quartiersmanager. Dazu kommen Pflege, Betreuung und Assistenz, in Form einer Tages- oder Nachtpflege, eines Mobilen Dienstes oder von Ehrenamtlichen. „Und die Technik, etwa durch unser Aladien-System, also mit intelligentem Hausnotruf, Sturzsensoren, Herdabschaltung, Rollläden- und Lichtsteuerung, Video-Tür-Telefonie usw. Perspektivisch wird Aladien sich zum Serviceroboter weiterentwickeln“, prophezeit Schneider.

So seien selbstbestimmtes Leben und soziale Teilhabe auch im Alter möglich. Das sei es, was sich Menschen wünschten: ein angenehmes Wohnumfeld, soziale Kontakte, kulturelle Angebote und die Sicherheit, dass sich jemand kümmert, wenn es erforderlich wird. „Was wir dafür brauchen, ist das politische Bekenntnis im Sinne eines ehrgeizigen Förderprogramms für moderne Wohnformen im Alter“, fordert der EHS-Hauptgeschäftsführer. Damit könne nicht nur der älteren Generation geholfen werden, sondern auch junge Familien könnten profitieren, weil für sie die viel zu großen Wohnungen und Reihenhäuser der älteren Generation frei würden.

ALTENPFLEGE – Messe und Kongress für die Pflegewirtschaft seit 1990
Die traditionsreiche Leitmesse der Pflegewirtschaft fand bisher abwechselnd in Hannover und Nürnberg statt. Ab diesem Jahr wechselt sie zwischen Essen und Nürnberg. Sie umfasst alle Segmente der professionellen Altenpflege: Dienstleistungen und Produkte für Pflege und Therapie, Beruf und Bildung, IT und Management, Ernährung und Hauswirtschaft, Textil und Hygiene sowie Raum und Technik. Der begleitende Fachkongress bildet in mehr als 30 Vortragsblöcken die aktuellen Themen der Branche ab, etwa die Digitalisierung, die Zukunft der professionellen Pflege, die Hospiz- und Palliativversorgung, die Ausbildung oder die neue tarifliche Bezahlung nach dem Gesundheitsversorgungsweiterentwicklungsgesetz (GVWG).

Alzheimer und andere Demenzerkrankungen gehören heute zu den grossen Volksleiden. Die Diagnose ist aufwändig und wird oft erst spät im Krankheitsverlauf zweifelsfrei gestellt. Ein Forscherteam der Empa entwickelt nun gemeinsam mit klinischen Partnern eine neue Diagnose-Methode zur Früherkennung von neurodegenerativen Veränderungen über einen Sensor-Gurt.

Vergesslichkeit und Verwirrtheit können Anzeichen für ein bisher unheilbares Leiden sein: die Alzheimer Krankheit. Sie ist die häufigste Demenzerkrankung, die derzeit insgesamt rund 50 Millionen Menschen weltweit betreffen. Es erkranken vor allem ältere Menschen. Dass diese Zahl künftig stark zunehmen wird, hängt daher auch mit der allgemein steigenden Lebenserwartung zusammen.

Soll ein Verdacht auf Demenz abgeklärt werden, stehen für die Betroffenen neuropsychologische Untersuchungen, Labortests und aufwändige Prozeduren im Spital an. Doch bereits Jahrzehnte bevor eine verminderte Denkleistung auffällt, sind erste neurodegenerative Veränderungen im Gehirn nachweisbar. Derzeit lassen sich diese lediglich durch teure oder invasive Verfahren feststellen. Für ein ausgedehntes frühzeitiges Screening im grösseren Massstab eignen sich diese Methoden daher nicht. Empa-Forschende arbeiten gemeinsam mit Partnern des Kantonsspital und der Geriatrischen Klinik St. Gallen an einer nicht-invasiven Diagnose-Methode zur frühzeitigen Erkennung von Symptomen einer Demenzerkrankung.

Anzeichen im Unbewussten
Für das neue Verfahren baute das Forscherteam um Patrick Eggenberger und Simon Annaheim vom «Biomimetic Membranes and Textiles» Labor der Empa in St. Gallen auf einen Sensor-Gurt, der bereits erfolgreich für EKG-Messungen eingesetzt und nun mit Sensoren für weitere relevante Parameter wie Körpertemperatur und Gangmuster ausgerüstet wurde. Denn bevor bei einer Demenz das Erinnerungsvermögen nachlässt, tauchen feinste Veränderungen im Gehirn auf, die sich über das autonome Nervensystem, das unbewusste Körpervorgänge steuert, äussern.

Für die präzise Erfassung von Veränderungen dieser Parameter werden Messungen über einen längeren Zeitraum benötigt. «Die Langzeitmessungen sollten in den Alltag integrierbar sein», betont Simon Annaheim. Für alltagstaugliche Messungen sind hautverträgliche und komfortable Messsysteme unabdingbar. Der Diagnostik-Gurt basiert daher auf flexiblen Sensoren mit elektrisch leitfähigen bzw. lichtleitenden Fasern sowie Sensoren für Bewegungs- und Temperaturmessung.

Damit derartigen Langzeitmessungen für die Kontrolle der kognitiven Gesundheit genutzt werden können, werden die erfassten Daten von den Forschenden in eigens entwickelte mathematische Modelle integriert. Das Ziel: ein Frühwarnsystem, das den Verlauf von kognitiven Einschränkungen abschätzen kann. Ein weiterer Vorteil: Die Datenmessungen lassen sich in Telemonitoringlösungen einbinden und können so die Patientenbetreuung in einer gewohnten Umgebung verbessern.

Verdächtige Monotonie
Grundsätzlich ist der menschliche Körper in der Lage, seine Temperatur im Bereich von 1 Grad Celsius konstant zu halten. Im Tagesverlauf treten chrakteristische Schwankungen dieser Werte auf. Dieser tägliche Rhythmus ändert sich im Alter und ist bei neurodegenerativen Krankheiten wie Demenz oder Parkinson auffällig. Bei Alzheimer-Patienten ist beispielsweise die Körperkerntemperatur um bis zu 0.2 Grad Celsius erhöht. Gleichzeitig sind die Ausschläge der täglichen Temperaturschwankungen gedämpft.

In einer aktuellen Studie konnten die Forschenden nun zeigen, dass mit dem Sensor-Gurt gemessene veränderte Hauttemperaturwerte tatsächlich einen Hinweis auf die kognitive Leistungsfähigkeit von Testpersonen geben – und zwar bevor eine Demenzerkrankung auftritt. Unter den Testpersonen der Studien waren gesunde Menschen mit oder ohne leichte Hirnleistungsstörung. Diese milde kognitive Beeinträchtigung (engl. mild cognitive impairment, MCI) stellt keine Behinderung im Alltag dar, sie gilt aber als eine mögliche Vorstufe von Alzheimer. Die Versuchspersonen nahmen an Langzeitmessungen und an neuropsychologischen Tests teil. Es stellte sich heraus, dass eine niedrigere Körpertemperatur, die über den Tag stärker schwankt, mit einer besseren Hirnleistung verknüpft war. Bei Personen mit MCI variierte die Körpertemperatur weniger und war insgesamt leicht erhöht.

Auch der Herzschlag ist natürlichen Schwankungen unterworfen, die zeigen, wie sich unser Nervensystem an momentane Herausforderungen anpasst. Die kleine Stille zwischen zwei Herzschlägen, rund eine Sekunde kurz, hat grosse Aussagekraft für unsere Gesundheit: Bleibt die Pause stets gleich, ist das Nervensystem nicht in Höchstform.

In einer Studie von Forschenden der ETH Zürich wurde ermittelt, dass sich schlechtere Messwerte bei älteren, gesunden Menschen durch ein kognitiv-motorisches Tanztraining innerhalb von sechs Monaten verbessern liessen. Die Versuchspersonen tanzten bei diesen «Exergames» Schrittfolgen eines Videos nach. Teilnehmende, die stattdessen lediglich geradeaus auf einem Laufband trainierten, zudem aber ihr Gedächtnis schulten, profitierten dagegen weniger.

«Es geht darum, mit einem geeigneten Training frühzeitig einzugreifen, sobald sich erste negative Anzeichen messen lassen», sagt Patrick Eggenberger. «Mit unserem Sensor-System lassen sich allfällige Verbesserungen der kognitiven Leistung durch bewegungsbasierte Therapieformen verfolgen.» Über Studien mit Langzeitmessungen soll nun geklärt werden, wie sich anhand der Sensor-Messungen der Verlauf von milden Hirnleistungsstörungen vorhersagen lässt.

Informationen
Dr. Simon Annaheim
Biomimetic Membranes and Textiles
Tel. +41 58 765 77 68
Simon.Annaheim@empa.ch

Das kürzlich gestartete und von der Europäischen Kommission geförderte 6,1-Millionen-Euro-Projekt INNO4COV-19 (Förderkennzeichen 101016203) soll die Vermarktung neuer Produkte zur Bekämpfung von COVID-19 in den nächsten zwei Jahren in ganz Europa unterstützen. Das Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP trägt hierzu sein Know-how in der Sterilisation mithilfe beschleunigter Elektronen und in der augennahen Visualisierung bei.

Im Rahmen des 6,1 Millionen Euro-Projekts INNO4COV-19 soll in den nächsten zwei Jahren die Kommerzialisierung neuer Produkte zur Bekämpfung von COVID-19 in ganz Europa unterstützt werden. Auf der Suche nach einer raschen Entwicklung von Produkten – angefangen bei Medizintechnologien bis hin zu Überwachungslösungen - wird das Projekt Innovationen zur Bekämpfung des neuen Coronavirus fördern, die Technologieführerschaft Europas und die Industrie stärken, um die Sicherheit und das Wohl der Bürger zu schützen.

Der virtuelle Auftakt des am 1. Oktober gestarteten Projekts fand vom 6. bis 7. Oktober 2020 mit Unterstützung zweier Vertreter der Europäischen Kommission statt.

Unter der Leitung des INL – International Iberian Nanotechnology Laboratory suchen die 11 Konsortialpartner nun nach effizienten und schnellen Lösungen, die gemeinsam mit den anderen aktiv beteiligten Industrie- und RTO-Partnern im Kampf gegen COVID-19 helfen können.

Ziel des Projekts INNO4COV-19 ist es, mit einer „Lab-to-Fab“-Plattform eine gemeinsame Ressourcenplattform zur Zusammenarbeit zu schaffen, auf der Unternehmen und Referenzlabors die richtigen Werkzeuge zur Entwicklung und Implementierung innovativer Technologien finden – von der ersten Ideenbewertung bis zur Markteinführung. Diese Arbeiten werden im Rahmen der Coronavirus-Initiative der Europäischen Union und in enger Zusammenarbeit mit allen dort geförderten Projekten durchgeführt, um die Markteinführungszeit erfolgversprechender Produkte zu verkürzen.

INNO4COV-19 wird bis zu 30 Testfälle und Anwendungen aus verschiedenen Bereichen unterstützen, die von der Medizintechnik über Umweltüberwachungssystemen, Sensoren, Schutz von Mitarbeitern des Gesundheitswesens bis hin zu künstlicher Intelligenz und Data Mining reichen. Um dies zu realisieren, vergibt INNO4COV-19 die Hälfte des Budgets an 30 Unternehmen, die im ersten Jahr des Projekts im Rahmen offener Aufrufe ausgewählt wurden.

Der erste Aufruf wird im November 2020 auf mehreren Plattformen veröffentlicht. Die ausgewählten Firmen erhalten jeweils bis zu 100.000 € und profitieren von der technischen, regulatorischen und geschäftlichen Expertise des INNO4COV-19-Konsortiums.

Rolle-zu-Rolle- und Elektronenstrahltechnologien zur großflächigen Sterilisation von textilen Materialien
Bei Pandemie-Ereignissen wie COVID-19, MERS, SARS oder Ebola wurde aufgrund der der plötzlichen Nachfragespitzen ein erheblicher Mangel an sterilem Material für medizinische Zwecke festgestellt. Das Fraunhofer FEP wird hierfür seine Rolle-zu-Rolle Anlagentechnik und Elektronenstrahltechnologien für die Sterilisation von Textilmaterialien auf großen Flächen in das Projekt INNO4COV-19 einbringen.

Normalerweise wird das Textilmaterial unter unsterilen Bedingungen hergestellt und muss daher vor der Auslieferung an die Verbraucher (z. B. Krankenhäuser) sterilisiert werden. Die Sterilisation auf Produkt-Level (Sterilisation der fertig hergestellten Masken) ist im Durchsatz begrenzt, da eine hohe Anzahl von einzelnen kleinen Stücken sterilisiert werden muss.

Projektleiter Dr. Steffen Guenther vom Fraunhofer FEP erläutert die Rolle und die Ziele des Instituts näher: "INNO4COV-19 wird eine Prozesskette für die Elektronenstrahl-Sterilisation von Gewebematerial in Rollenform mit hohem Durchsatz (4500 m²/h) in einer einzigen Pilotmaschine TRL 7 aufbauen und verifizieren, um eine effiziente Herstellung von sterilen Gesichtsmasken und anderen gewebebasierten Sterilprodukten zu ermöglichen, ohne dass das Endprodukt sterilisiert werden muss.“

OLED-Mikrodisplays zur Erkennung infizierter Personen
Ein weiteres Thema des Fraunhofer FEP im Rahmen von INNO4COV-19 befasst sich mit der frühestmöglichen Erkennung von infizierten Personen. Eine weit verbreitete Strategie zur Früherkennung von Personen mit Krankheitssymptomen ist das Körpertemperatur-Screening mit Wärmebildkameras.
Eine Option, um eine kontinuierliche Überwachung der Körpertemperatur zu ermöglichen, ist die Integration einer Wärmekamera in ein intelligentes, tragbares Gerät. Das Fraunhofer FEP setzt dazu seine OLED-Mikrodisplay-Technologie ein. Damit können kleine (< 3 × 2 cm²), ultradünne (< 5 mm einschließlich Steuerschaltkreis) und extrem stromsparende Geräte (< 5 mW) visuelle Informationen anzeigen. In Kombination mit einem Infrarotsensor wird eine Wärmebildkamera realisiert, die sowohl die Körpertemperatur misst als auch das Ergebnis direkt über eine augennahe Visualisierung anzeigt. Das System kann in intelligente Brillen, Kopfbedeckungen, Kappen oder persönliche Gesichtsschutzschilde eingebettet werden.

Zum Projekt:
Das Projekt wird im Rahmen des Horizon 2020 Forschungs- und Innovationsprogramms der Europäischen Union gefördert.
Förderkennzeichen: 101016203