Oktober 2024: Die Bedeutung von Implantaten in der medizinischen Anwendung wächst stetig, was auch die Anforderungen an diese erhöht. Neben der Effektivität ist die Langlebigkeit eines der wichtigsten Kennzeichen. Im Sonderforschungsbereich 1270 ELektrisch Aktive ImplaNtatE – „ELAINE“ der Universität Rostock wurde die Stimulationseinheit STELLA entwickelt, die diese und weitere Bedingungen erfüllt.

Der seit 2017 tätige Sonderforschungsbereich 1270 ELektrisch Aktive ImplaNtatE – „ELAINE“ der Universität Rostock hat sich zum Ziel gesetzt, mithilfe elektrischer Stimulation die Regeneration von Knochen- und Knorpeldefekten sowie die Therapie neurodegenerativer Erkrankungen wie Parkinson oder Dystonie zu unterstützen. Trotz der Unterschiede dieser Krankheitsbilder und der notwendigen Therapieansätze gibt es dabei eine Gemeinsamkeit: Die Implantate müssen bei der Generierung der elektrischen Signale mit größtmöglicher Genauigkeit arbeiten und dabei nur wenig Energie verbrauchen, damit sie nur selten ausgetauscht werden müssen. Die Rostocker Antwort auf die daraus entstehenden Fragen lautet STELLA.

„Die aktuelle Version heißt STELLA 4.0 und ist nur ein wenig größer als ein Zwei-Cent-Stück“, berichtet Prof. Dr.-Ing. Christian Haubelt vom Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik an der Universität Rostock. Der Stimulator könne deshalb problemlos implantiert werden. „Die wegweisende Systemarchitektur von STELLA 4.0 hat beeindruckende Ergebnisse in den Bereichen Nachhaltigkeit, Langlebigkeit und Miniaturisierung erzielt und setzt neue Maßstäbe im Vergleich zu herkömmlichen Ansätzen“, betont Haubelt. STELLA 4.0 biete Medizinern eine außergewöhnliche Flexibilität bei der Erforschung der Wirkmechanismen der Tiefen Hirnstimulation und der elektrischen Stimulation zur Regeneration von Knochen und Knorpeln.

„Ob Rechteck- oder Sinussignal mit verschiedensten Frequenzen und Signalstärken, STELLA 4.0 unterstützt die große Bandbreite der für die unterschiedlichen Anwendungen interessanten Signale“ erklärt Franz Plocksties, Doktorand und Mitentwickler von STELLA. Für diese Flexibilität setzt das Team um Professor Haubelt auf eine Software-programmierbare Lösung. „STELLA 4.0 enthält neben der Stimulationseinheit noch einen Kleinstcomputer für die Konfiguration und Überwachung der Geräteparameter“ ergänzt Plocksties.

Die Tiefe Hirnstimulation wurde in den 1980er Jahren entwickelt. Sie führte zu teils enormen Lebensverbesserungen für die Patienten. Durch sie könnten Symptome wie Tremor, Steifheit oder Bewegungsprobleme verbessert werden. Doch es ist bis heute nicht vollständig geklärt, welche genaue Wirkung die Stimulation auf die Gehirnaktivität hat. Mit STELLA 4.0 hat der Sonderforschungsbereich nun eine Möglichkeit, sich dieser Frage zu nähern. „Denn mit STELLA 4.0 können wir nicht nur Variable wie Stromstärke und Spannung individuell anpassen, wir können auch untersuchen, was an der Schnittstelle von Gewebe und Elektroden passiert“, führt Plocksties weiter aus.

Der wesentliche Vorteil hierbei ist, dass sich das Implantat auf diese Weise permanent selbst testet. „Dadurch sind die medizinischen Versuche in ELAINE viel besser zu reproduzieren“, sagt Haubelt. STELLA 4.0 sei noch nicht in der klinischen Anwendung, das Vertrauen der Mediziner in die Experimente sei aber bereits gestiegen. Denn die Studien laufen seither viel erfolgreicher ab. Durch die Auswahl aufeinander abgestimmter Elektronikkomponenten sei es gelungen, die theoretische Laufzeit des Stimulationssystems um mehrere Jahre zu erweitern - und dies bei unveränderter Batteriegröße.

Mit STELLA 4.0 könne nun der nächste Forschungsschritt angegangen werden. „Unser Ziel ist es, dass beispielsweise bei der Tiefen Hirnstimulation das Nachjustieren der Elektronik selbstständig übernommen wird, wenn es die medizinischen Gegebenheiten erfordern“, sagt Haubelt. Oder dass bei Knochenimplantaten über Widerstandsmessung das Zellwachstum bestimmt und dann die notwendige Ladungszufuhr individuell angepasst wird. „In diesem sogenannten Closed-Loop-System wird registriert, wie es dem Patienten geht - und dann wird ohne weiteres ärztliches Handeln nachjustiert. Das ist die große Zukunftsvision“, sagte Haubelt.

Hintergrund: Der Sonderforschungsbereich 1270 „ELAINE“

Im Sonderforschungsbereich 1270 „ELAINE“ forschen rund 80 Expertinnen und Experten hauptsächlich von der Universität Rostock und der Universitätsmedizin Rostock an neuen Technologien zur Regeneration von Knochen und Knorpeln oder der tiefen Hirnstimulation. Seit seiner Gründung im Jahr 2017 hat der Verbund bedeutende Fortschritte erzielt, wie beispielsweise die Entwicklung der miniaturisierten Stimulationseinheit STELLA 4.0. Diese Forschungen könnten nicht nur für die Wissenschaft, sondern auch für die Industrie von großer Bedeutung sein. Eine weitere Verlängerung des Sonderforschungsbereichs „ELAINE“ durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) bis 2029 wäre ein großer Gewinn für den wissenschaftlichen Nachwuchs und die medizinische Forschung an den Standorten. Neben der Universität und der Universitätsmedizin Rostock sind die Universitäten und Hochschulen in Greifswald, Leipzig, Nürnberg-Erlangen, Mainz und Wismar an „ELAINE“ beteiligt.

Kontakt:
Dr. Paula Friedrichs
Gesamtkoordination SFB 1270 „ELAINE“
Universität Rostock
Institut für Allgemeine Elektrotechnik
Tel.: +49 381 498-7082
paula.friedrichs2@uni-rostock.de

Juli 2024: Am 4. Juli werden Prof. Dr. rer. nat. Regina Hebig (Institut für Informatik), Prof. Dr.-Ing. Marc Reichenbach (Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik) und Dr.-Ing. Andrej Novikov (Institut für Gerätesysteme und Schaltungstechnik) mit dem Preis für beste Lehre der Fakultät für Informatik und Elektrotechnik für ihre Lehrtätigkeit im Wintersemester 2023/2024 ausgezeichnet.
Prof. Regina Hebig erhält den Preis für ihre Lehrveranstaltung „Softwaretechnik“. 
Prof. Marc Reichenbach wird für seine Lehrveranstaltung „Advanced VLSI Design (Advanced CPU Design)“ ausgezeichnet.
Dr. Andrej Novikov wird geehrt für seine Lehrveranstaltung „Projekt BSc. ET“.
Die Ehrung ist mit einem Preisgeld verbunden. Die Preise wurden vom Dekan der IEF Prof. Dr.-Ing. Kurt Sandkuhl auf dem gemeinsamen Sommerfest der Elektrotechnik, Informatik, Mathematik und Lehramt AWT am 4. Juli 2024 überreicht.
Die Auszeichnungen erfolgen nach Auswertung der Evaluation der Lehrveranstaltungen des Wintersemesters 2023/2024 durch die Studierenden und auf Votum der Fachschaft.

April 2024: Auf der diesjährigen Internationalen IEEE Conference on Factory Communication WFCS in Toulouse wurde am 18.4. bekanntgegeben, dass im Jahr 2025 die Universität Rostock die große Ehre hat, die 21. WFCS auszurichten.
Die WFCS ist die einzige IEEE-Konferenz, die speziell der Kommunikation für industrielle Automatisierungssysteme gewidmet ist. Sie wird zum ersten Mal in Rostock stattfinden.

Die Konferenz wird vom Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik (IMD) der Universität Rostock (Deutschland) ausgerichtet und in Zusammenarbeit mit dem Institute of Electronics, Computer and Telecommunication Engineering CNR-IEIIT (Italien) organisiert. Die WFCS wird von IEEE und IES gesponsert und vom IEEE TC on Factory Automation koordiniert. Die lokalen Organisatoren, die Universität Rostock, Fakultät für Informatik und Elektrotechnik und das IMD, laden alle Interessierten ein, an dieser spannenden Veranstaltung teilzunehmen und Ideen mit internationalen Experten auszutauschen.

Die Konferenz findet vom 11. bis 13. Juni 2025 im Hauptgebäude der Universität im Herzen der Stadt Rostock statt.

Kontakt:
Dr. Frank Golatowski
Universität Rostock, Fakultät für Informatik und Elektrotechnik
Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik (IMD)
18059 Rostock, Albert-Einstein-Straße 26
Tel. : +49 381 498 7274
frank.golatowski@uni-rostock.de
http://www.imd.uni-rostock.de