Erfindungen: Batterieelektroden, Batterien für implantierbare Defibrillatoren
Millionen von Herzpatienten mit implantierbaren Kardioverter-Defibrillatoren (ICDs) profitieren von den wegweisenden Neuerungen in der Batterietechnologie, die von der US-amerikanischen Materialwissenschaftlerin und Chemieingenieurin Esther Sans Takeuchi entwickelt wurden. Ihre Lithium/Silber-Vanadiumoxid-Batterien (Li/SVO-Batterien) waren der Schlüssel zu kleineren ICDs mit erheblich längeren Batterielebensdauern, Dadurch mussten die ICDs nicht mehr so häufig ausgetauscht werden, und somit waren entsprechend weniger chirurgische Eingriffe erforderlich.
Bis zu Takeuchis
Erfindung waren ICDs ziemlich große Geräte mit einer Batterielebensdauer von
bestenfalls 12 bis 18 Monaten. Der erste ICD wurde 1980 aufgrund
seiner Größe im Bauchraum des Patienten eingesetzt, während die heutigen ICDs
meist unterhalb des Schlüsselbeins an derselben Stelle implantiert werden wie
Herzschrittmacher.
Der Austausch eines ICDs macht einen größeren chirurgischen Eingriff erforderlich. Und zwar jedes Mal, wenn das Ende der Batterielebensdauer bevorsteht. Das Streben nach besseren und kleineren Geräten war daher in erster Linie die Suche nach Möglichkeiten zur Herstellung besserer Batterien. Die größte Herausforderung dabei: ICDs senden Elektroschocks aus, um die Herzfunktion wieder zu normalisieren. Dazu benötigen sie einen elektrischen Strom von etwa zwei bis drei Ampere zur Ladung ihres Kondensators. Das ist mehr als eine Million Mal die Stromstärke, die für einen Herzschrittmacher benötigt wird. Diese liegt typischerweise im Bereich von nur etwa 10 Mikroampere.
Hier kommt nun Esther Sans Takeuchi ins Spiel: Ihre kompakten Li/SVO-Batterien, die Mitte der 1980er-Jahre ausgereift waren, führten, zusammen mit einigen Schlüsselpatenten für die Technologie, zum ersten Defibrillator, der mit einer leistungsstarken und dennoch kleinen Batterie ausgestattet war, die zudem eine wesentlich höhere Lebensdauer hatte als ihre Vorgänger.
1987 erstmals bei einem Patienten eingesetzt und vom Medizingerätehersteller Greatbatch Inc. vermarktet, ist Takeuchis patentiertes Prinzip heute die am häufigsten eingesetzte Technologie bei ICD-Batterien. Die Batterielebensdauer kann bis zu fünf Jahren betragen.
Gesellschaftlicher Nutzen
Mit der neuen Batterietechnologie der Erfinderin fand der Einsatz von ICDs seit Ende der 1980er-Jahre immer weitere Verbreitung - eine Entwicklung, die bis heute anhält. In den USA bekommen heute jeden Monat rund 10 000 Menschen ein solches Implantat eingesetzt. Die Kosten eines solchen Geräts liegen pro Patient zwischen 25 000 und 43 000 EUR.
ICDs sind besonders wirksam bei der Behebung von Herzstillständen aufgrund ventrikulärer Arrhythmien. Etwa 7 % aller Herzinfarkte sind darauf zurückzuführen. Dank ICDs kommt dieser Auslöser heute nicht mehr so häufig zum Tragen. Alleine in den USA sterben jedes Jahr zwischen 200 000 und 400 000 Menschen infolge von Herzrhythmusstörungen den plötzlichen Herztod. Die Anzahl Erwachsener, die mit Herzerkrankungen leben müssen, ist zwischen 2011 und 2014 auf 6,5 Millionen gestiegen; bis 2030 wird mit einem Anstieg um 46 % gerechnet.
Wirtschaftlicher Nutzen
Finanziert wurde die Entwicklung der Li/SVO-Batterie von dem Medizintechnikunternehmen Greatbatch Inc. (das 2016 in Integer Holdings Corporation umfirmierte), bei dem Takeuchi 22 Jahre lang tätig war. Seit das Li/SVO-System im Jahr 1987 zum allerersten Mal in die Praxis umgesetzt wurde, ist es es durch Materialsynthese, Änderungen des Elektrolyts und des Batteriezelldesigns noch wesentlich verbessert worden. Eine aktualisierte Version der Batterie ist die Serie "Q". die auf zwei von Takeuchi entwickelten, patentierten Neuerungen beruht und 2005 auf den Markt kam.
Die in den USA ansässige Integer Holdings Corporation gab für das Jahr 2016 einen Umsatz von 1,2 Mrd. EUR an, wovon 30 % auf Systeme für die Behandlung von Herzerkrankungen und zur Neuromodulation entfielen. Die Verkaufserlöse aus solchen Geräten sind in den letzten Jahren gestiegen. So war von 2014 auf 2015 ein achtprozentiger Anstieg zu verzeichnen, im Folgejahr waren es neun Prozent.
Transparency Market Research geht davon aus, dass der weltweite Umsatz bei Batterien für Geräte zum Herzrhythmusmanagement von 338 Mio. EUR im Jahr 2015 auf 441 Mio. EUR im Jahr 2024 wachsen wird. Das Marktforschungsunternehmen sieht hierbei das größte Wachstum im asiatisch-pazifischen Raum, da dort bestimmte Risikofaktoren wie Bluthochdruck und Diabetes, die die Entstehung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen begünstigen, auf dem Vormarsch sind.
