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 Freiburger Forscher untersucht Ursprünge der Beschaffenheit von Oberflächen
17.02.2020 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

nachricht Neue Simulation-Experiment-Kombination erlaubt tiefere Einblicke in ultraschnelle lichtinduzierte Prozesse
13.02.2020 | Technische Universität Graz

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Lichtpulse bewegen Spins von Atom zu Atom

Forscher des Max-Born-Instituts für Nichtlineare Optik und Kurzpulsspektroskopie (MBI) und des Max-Planck-Instituts für Mikrostrukturphysik haben durch die Kombination von Experiment und Theorie die Frage gelöst, wie Laserpulse die Magnetisierung durch ultraschnellen Elektronentransfer zwischen verschiedenen Atomen manipulieren können.

Wenige nanometerdünne Filme aus magnetischen Materialien sind ideale Testobjekte, um grundlegende Fragestellungen des Magnetismus zu untersuchen. Darüber...

Im Focus: Freiburg researcher investigate the origins of surface texture

Most natural and artificial surfaces are rough: metals and even glasses that appear smooth to the naked eye can look like jagged mountain ranges under the microscope. There is currently no uniform theory about the origin of this roughness despite it being observed on all scales, from the atomic to the tectonic. Scientists suspect that the rough surface is formed by irreversible plastic deformation that occurs in many processes of mechanical machining of components such as milling.

Prof. Dr. Lars Pastewka from the Simulation group at the Department of Microsystems Engineering at the University of Freiburg and his team have simulated such...

Im Focus: Transparente menschliche Organe ermöglichen dreidimensionale Kartierungen auf Zellebene

Erstmals gelang es Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, intakte menschliche Organe durchsichtig zu machen. Mittels mikroskopischer Bildgebung konnten sie die zugrunde liegenden komplexen Strukturen der durchsichtigen Organe auf zellulärer Ebene sichtbar machen. Solche strukturellen Kartierungen von Organen bergen das Potenzial, künftig als Vorlage für 3D-Bioprinting-Technologien zum Einsatz zu kommen. Das wäre ein wichtiger Schritt, um in Zukunft künstliche Alternativen als Ersatz für benötigte Spenderorgane erzeugen zu können. Dies sind die Ergebnisse des Helmholtz Zentrums München, der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) und der Technischen Universität München (TUM).

In der biomedizinischen Forschung gilt „seeing is believing“. Die Entschlüsselung der strukturellen Komplexität menschlicher Organe war schon immer eine große...

Im Focus: Skyrmions like it hot: Spin structures are controllable even at high temperatures

Investigation of the temperature dependence of the skyrmion Hall effect reveals further insights into possible new data storage devices

The joint research project of Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) and the Massachusetts Institute of Technology (MIT) that had previously demonstrated...

Im Focus: Skyrmionen mögen es heiß – Spinstrukturen auch bei hohen Temperaturen steuerbar

Neue Spinstrukturen für zukünftige Magnetspeicher: Die Untersuchung der Temperaturabhängigkeit des Skyrmion-Hall-Effekts liefert weitere Einblicke in mögliche neue Datenspeichergeräte

Ein gemeinsames Forschungsprojekt der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) und des Massachusetts Institute of Technology (MIT) hat einen weiteren...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Chemnitzer Linux-Tage am 14. und 15. März 2020: „Mach es einfach!“

12.02.2020 | Veranstaltungen

4. Fachtagung Fahrzeugklimatisierung am 13.-14. Mai 2020 in Stuttgart

10.02.2020 | Veranstaltungen

Alternative Antriebskonzepte, technische Innovationen und Brandschutz im Schienenfahrzeugbau

07.02.2020 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Erste Untersuchungsergebnisse zum "Sensations-Meteoritenfall" von Flensburg

17.02.2020 | Geowissenschaften

Lichtpulse bewegen Spins von Atom zu Atom

17.02.2020 | Physik Astronomie

Freiburger Forscher untersucht Ursprünge der Beschaffenheit von Oberflächen

17.02.2020 | Materialwissenschaften

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics