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 Fraunhofer IFAM erweitert den Forschungsbereich »Beschichtungen für Bewuchs- und Korrosionsschutz«
11.01.2017 | Fraunhofer IFAM

nachricht Schrauben mit Köpfchen
10.01.2017 | Technische Universität Chemnitz

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Mit solaren Gebäudehüllen Architektur gestalten

Solarthermie ist in der breiten Öffentlichkeit derzeit durch dunkelblaue, rechteckige Kollektoren auf Hausdächern besetzt. Für ästhetisch hochwertige Architektur werden Technologien benötigt, die dem Architekten mehr Gestaltungsspielraum für Niedrigst- und Plusenergiegebäude geben. Im Projekt »ArKol« entwickeln Forscher des Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern aktuell zwei Fassadenkollektoren für solare Wärmeerzeugung, die ein hohes Maß an Designflexibilität erlauben: einen Streifenkollektor für opake sowie eine solarthermische Jalousie für transparente Fassadenanteile. Der aktuelle Stand der beiden Entwicklungen wird auf der BAU 2017 vorgestellt.

Im Projekt »ArKol – Entwicklung von architektonisch hoch integrierten Fassadekollektoren mit Heat Pipes« entwickelt das Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern...

Im Focus: Designing Architecture with Solar Building Envelopes

Among the general public, solar thermal energy is currently associated with dark blue, rectangular collectors on building roofs. Technologies are needed for aesthetically high quality architecture which offer the architect more room for manoeuvre when it comes to low- and plus-energy buildings. With the “ArKol” project, researchers at Fraunhofer ISE together with partners are currently developing two façade collectors for solar thermal energy generation, which permit a high degree of design flexibility: a strip collector for opaque façade sections and a solar thermal blind for transparent sections. The current state of the two developments will be presented at the BAU 2017 trade fair.

As part of the “ArKol – development of architecturally highly integrated façade collectors with heat pipes” project, Fraunhofer ISE together with its partners...

Im Focus: Mit Bindfaden und Schere - die Chromosomenverteilung in der Meiose

Was einmal fest verbunden war sollte nicht getrennt werden? Nicht so in der Meiose, der Zellteilung in der Gameten, Spermien und Eizellen entstehen. Am Anfang der Meiose hält der ringförmige Proteinkomplex Kohäsin die Chromosomenstränge, auf denen die Bauanleitung des Körpers gespeichert ist, zusammen wie ein Bindfaden. Damit am Ende jede Eizelle und jedes Spermium nur einen Chromosomensatz erhält, müssen die Bindfäden aufgeschnitten werden. Forscher vom Max-Planck-Institut für Biochemie zeigen in der Bäckerhefe wie ein auch im Menschen vorkommendes Kinase-Enzym das Aufschneiden der Kohäsinringe kontrolliert und mit dem Austritt aus der Meiose und der Gametenbildung koordiniert.

Warum sehen Kinder eigentlich ihren Eltern ähnlich? Die meisten Zellen unseres Körpers sind diploid, d.h. sie besitzen zwei Kopien von jedem Chromosom – eine...

Im Focus: Der Klang des Ozeans

Umfassende Langzeitstudie zur Geräuschkulisse im Südpolarmeer veröffentlicht

Fast drei Jahre lang haben AWI-Wissenschaftler mit Unterwasser-Mikrofonen in das Südpolarmeer hineingehorcht und einen „Chor“ aus Walen und Robben vernommen....

Im Focus: Wie man eine 80t schwere Betonschale aufbläst

An der TU Wien wurde eine Alternative zu teuren und aufwendigen Schalungen für Kuppelbauten entwickelt, die nun in einem Testbauwerk für die ÖBB-Infrastruktur umgesetzt wird.

Die Schalung für Kuppelbauten aus Beton ist normalerweise aufwändig und teuer. Eine mögliche kostengünstige und ressourcenschonende Alternative bietet die an...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Aquakulturen und Fangquoten – was hilft gegen Überfischung?

16.01.2017 | Veranstaltungen

14. BF21-Jahrestagung „Mobilität & Kfz-Versicherung im Fokus“

12.01.2017 | Veranstaltungen

Leipziger Biogas-Fachgespräch lädt zum "Branchengespräch Biogas2020+" nach Nossen

11.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Feinstaub weckt schlafende Viren in der Lunge

16.01.2017 | Biowissenschaften Chemie

Energieeffizienter Gebäudebetrieb: Monitoring-Plattform MONDAS identifiziert Einsparpotenzial

16.01.2017 | Messenachrichten

Nervenkrankheit ALS: Mehr als nur ein Motor-Problem im Gehirn?

16.01.2017 | Biowissenschaften Chemie