Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Hilfe für gebrochene Wirbel

24.07.2012
Materialwissenschaftler der Universität Jena entwickeln neuen Knochenzement

Es ist schnell passiert und kann jeden treffen: ein unglücklicher Sturz beim Radfahren, Baden oder bei der Arbeit und schon kann ein Wirbel brechen. Der Wirbel, genauer der Wirbelkörper, umschließt beim Menschen das empfindliche Rückenmark und schützt dieses vor Verletzungen.


So sieht eine typische Mikrostruktur eines Calciumphosphat-Knochenzements aus.
Foto: IMT/FSU


In einem Labor des Instituts für Materialwissenschaft und Werkstofftechnologie der Universität Jena demonstriert der Doktorand Stefan Maenz an einem Wirbelknochen-Modell, wie gebrochene Wirbelkörper mit einem speziellen Knochenzement wieder stabilisiert werden können.
Foto: Jan-Peter Kasper/FSU

Eigentlich sind die Wirbel, von denen der Mensch bis zu 34 unterschiedlicher Größe besitzt, stabile Knochen. Bei großer Krafteinwirkung jedoch können diese brechen. „Besonders bei älteren Menschen kommt das Problem des altersbedingten Knochenabbaus, die sogenannte Osteoporose, hinzu“, erläutert Prof. Dr. Raimund W. Kinne vom Lehrstuhl für Orthopädie des Universitätsklinikums Jena in Eisenberg. „Bei solchen osteoporotisch veränderten Knochen besteht eine erhöhte Bruchgefahr“, erläutert Kinne. „Daher können schon kleinere Kräfte zum Bruch führen.“

Ist der Wirbelkörper gebrochen, muss er stabilisiert werden. Dabei hilft ein sogenannter Knochenzement. Diesen Zement spritzt der Chirurg zur Fixierung in den gebrochenen Wirbel. Das verwendete Material ist ein Polymer, das sich nach der Injektion verfestigt. „Nachteilig dabei ist, dass dieser Kunststoff nicht resorbierbar – also vom Körper abbaubar – ist und dass die mechanischen Eigenschaften nicht zu dem des Wirbels passen“, erläutert Prof. Dr. Klaus D. Jandt von der Universität Jena.
So besteht die Gefahr einer Fraktur der Nachbarwirbel. Es gibt auch resorbierbare Knochenzemente, diese sind jedoch nicht mechanisch stabil genug. „Der Knochen ist ein komplexer Verbundwerkstoff, der auf verschiedenen Größenskalen organisiert ist“, so der Lehrstuhlinhaber für Materialwissenschaft weiter. „Ein idealer Knochenzement passt sich den Eigenschaften des heilenden Knochens laufend an“.

Am Anfang des Heilungsprozesses des Knochens wird eine große Festigkeit vom Knochenzement gefordert, um den noch schwachen Knochen zu unterstützen. Im Lauf des Heilungsprozesses wird der Knochen immer stabiler. Ideal wäre es, wenn die Festigkeit des Knochenzementes mit der Zeit in dem Maße abnehmen würde, wie die Festigkeit des heilenden Wirbelknochens zunimmt, um den Heilungsprozess des Knochens zu fördern.

Dieses Ziel verfolgt ein neues Projekt, das von den Jenaer Materialwissenschaftlern PD Dr. Jörg Bossert und Prof. Jandt in Zusammenarbeit mit Prof. Kinne geleitet wird. Mit dem Heidelberger Unternehmen Biopharm konnte ein industrieller Partner für das Projekt gewonnen werden, der eine ausgezeichnete Kompetenz im Bereich der Wachstumsfaktortechnologie aufweist. Die Wachstumsfaktoren steuern und beschleunigen die Umwandlung des Zementes in körpereigene Knochensubstanz. Das Forschungsvorhaben wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen des Förderprogramms „KMU innovativ: Biotechnologie – BioChance“ mit über einer Million Euro gefördert.

Der im Rahmen dieses Projektes zu entwickelnde Knochenzement zielt vor allem auf die Anwendung im osteoporotischen Knochen. „Die Struktur und die Eigenschaften des Knochenzements sollen so eingestellt werden, dass nach der Stabilisierung des Wirbelkörpers eine ausreichende Festigkeit gegeben ist und die Resorbierbarkeit eingestellt werden kann. Dabei ist von besonderer Bedeutung, dass das Material auch für einen Chirurgen unter Operationsbedingungen handhabbar ist“, weist Jörg Bossert vom Lehrstuhl für Materialwissenschaft auf die Anforderungen hin. Der Clou der Jenaer Innovation: Der Zement soll Proteine freisetzen, die gezielt den Knochenaufbau fördern.

„Dem Lehrstuhl sind bei diesem Projekt die Kooperation mit dem hervorragenden Industriepartner Biopharm aus Baden-Württemberg und die Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses wichtig“, betont Jandt. Einige Grundlagen für das neue Vorhaben konnten bereits in einem von der Carl-Zeiss-Stiftung geförderten Doktorandenprojekt gelegt werden. „Ich beschäftige mich seit etwa zwei Jahren mit der Thematik und freue mich, dass aus unserer erfolgreichen Vorarbeit ein solches Projekt hervorgegangen ist“, sagt Jandts Doktorand Stefan Maenz, der in dem aktuellen Forschungsvorhaben mitarbeitet. Erste Versuche mit Prototypen des neuen Knochenzements verliefen bereits vielversprechend. Mit der Marktreife des neuen Knochenzements wird bei erfolgreichem Projektverlauf in etwa vier bis fünf Jahren gerechnet.

Kontakt:
Prof. Dr. Raimund W. Kinne
Lehrstuhl für Orthopädie am Waldkrankenhaus Rudolf Elle
Klosterlausnitzer Str. 81, 07607 Eisenberg
Tel.: 036691 / 81228
E-Mail: raimund.w.kinne[at]med.uni-jena.de

Prof. Dr. Klaus D. Jandt
Institut für Materialwissenschaft und Werkstofftechnologie der Universität Jena
Löbdergraben 32, 07743 Jena
Tel.: 03641 / 947730
E-Mail: k.jandt[at]uni-jena.de

Axel Burchardt | Universität Jena
Weitere Informationen:
http://www.uni-jena.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Mikroplastik in Meeren: Hochschule Niederrhein forscht an biologisch abbaubarer Sport-Kleidung
18.09.2017 | Hochschule Niederrhein - University of Applied Sciences

nachricht Flexibler Leichtbau für individualisierte Produkte durch 3D-Druck und Faserverbundtechnologie
13.09.2017 | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

Es ist noch immer weitgehend unbekannt, wie die komplexen neuronalen Netzwerke im Gehirn aufgebaut sind. Insbesondere in der Hirnrinde der Säugetiere, wo Sehen, Denken und Orientierung berechnet werden, sind die Regeln, nach denen die Nervenzellen miteinander verschaltet sind, nur unzureichend erforscht. Wissenschaftler um Moritz Helmstaedter vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main und Helene Schmidt vom Bernstein-Zentrum der Humboldt-Universität in Berlin haben nun in dem Teil der Großhirnrinde, der für die räumliche Orientierung zuständig ist, ein überraschend präzises Verschaltungsmuster der Nervenzellen entdeckt.

Wie die Forscher in Nature berichten (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005), haben die...

Im Focus: Highly precise wiring in the Cerebral Cortex

Our brains house extremely complex neuronal circuits, whose detailed structures are still largely unknown. This is especially true for the so-called cerebral cortex of mammals, where among other things vision, thoughts or spatial orientation are being computed. Here the rules by which nerve cells are connected to each other are only partly understood. A team of scientists around Moritz Helmstaedter at the Frankfiurt Max Planck Institute for Brain Research and Helene Schmidt (Humboldt University in Berlin) have now discovered a surprisingly precise nerve cell connectivity pattern in the part of the cerebral cortex that is responsible for orienting the individual animal or human in space.

The researchers report online in Nature (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005) that synapses in...

Im Focus: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Im Focus: Hochautomatisiertes Fahren bei Schnee und Regen: Robuste Warnehmung dank intelligentem Sensormix

Schlechte Sichtverhältnisse bei Regen oder Schnellfall sind für Menschen und hochautomatisierte Fahrzeuge eine große Herausforderung. Im europäischen Projekt RobustSENSE haben die Forscher von Fraunhofer FOKUS mit 14 Partnern, darunter die Daimler AG und die Robert Bosch GmbH, in den vergangenen zwei Jahren eine Softwareplattform entwickelt, auf der verschiedene Sensordaten von Kamera, Laser, Radar und weitere Informationen wie Wetterdaten kombiniert werden. Ziel ist, eine robuste und zuverlässige Wahrnehmung der Straßensituation unabhängig von der Komplexität und der Sichtverhältnisse zu gewährleisten. Nach der virtuellen Erprobung des Systems erfolgt nun der Praxistest, unter anderem auf dem Berliner Testfeld für hochautomatisiertes Fahren.

Starker Schneefall, ein Ball rollt auf die Fahrbahn: Selbst ein Mensch kann mitunter nicht schnell genug erkennen, ob dies ein gefährlicher Gegenstand oder...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Höher - schneller - weiter: Der Faktor Mensch in der Luftfahrt

20.09.2017 | Veranstaltungen

Wälder unter Druck: Internationale Tagung zur Rolle von Wäldern in der Landschaft an der Uni Halle

20.09.2017 | Veranstaltungen

7000 Teilnehmer erwartet: 69. Urologen-Kongress startet heute in Dresden

20.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Granulare Materie blitzschnell im Bild

21.09.2017 | Verfahrenstechnologie

Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

21.09.2017 | Biowissenschaften Chemie

Überleben auf der Schneeball-Erde

21.09.2017 | Biowissenschaften Chemie