Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie aus Knochen chirurgische Schrauben werden

28.09.2017

Biomechaniker der TU Graz entwickelten zusammen mit dem Linzer Startup surgebright chirurgische Schrauben aus menschlichen Spenderknochen für die Fuß- und Kieferchirurgie.

Wenn Knochen mit medizinischer Unterstützung wieder zusammenheilen müssen, war das chirurgische Mittel der Wahl seit Jahrzehnten Metallschrauben, meist aus Titan oder Edelstahl. Während und nach dem Heilungsprozess werden diese Metallschrauben als störende Fremdkörper wahrgenommen und müssen oft in einem weiteren unangenehmen operativen Eingriff entfernt werden.


Das Spendermaterial heilt vollständig in den Knochen ein.

© surgebright


Am Institut für Biomechanik der TU Graz wurden komplexe biomechanische Untersuchungen der Knochenschrauben durchgeführt.

© surgebright

Der Orthopäde Klaus Pastl entwickelte gemeinsam mit dem Institut für Biomechanik der TU Graz 2013 eine Alternative in der Orthopädie und Unfallchirurgie: die Schraube „Shark Screw“, hergestellt aus dem besonders kompakten und harten Mittelteil des menschlichen Oberschenkelknochens (Femur).

Die Vorteile der Schraube aus Spenderknochen: Die Metallentfernung und damit eine zweite ebenso unangenehme wie risikohafte (und teure) OP entfallen, da das Spendermaterial vollständig in den Knochen einheilt. So gut, dass das Transplantat nach etwa einem Jahr nicht mehr im Röntgen sichtbar ist.

Zudem erkennt der Körper die Knochenschrauben als körpereigen, die Infektionsgefahr und Komplikationen werden auf ein Minimum reduziert. Die „Shark Screw“ wird vom 2016 gegründeten Start-up surgebright in Kooperation mit dem Deutschen Institut für Zell- und Gewebeersatz (DIZG) in Berlin produziert. Die patentierte Technologie ist bereits in 14 österreichischen Krankenhäusern im Einsatz.

Weiterentwicklung für Fuß- und Kieferchirurgie

surgebright arbeitet nach wie vor eng mit dem Institut für Biomechanik der TU Graz zusammen. Gemeinsam entwickeln sie im von der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft FFG geförderten Projekt „Bonescrews“ neue Prototypen der Knochenschraube für die Fuß- und Kieferchirurgie.

Gerhard Sommer vom Institut für Biomechanik der TU Graz erklärt: „Wir müssen die Knochenschraube für die Anwendung in der Fuß- und Kieferchirurgie völlig neu denken und wollen im Rahmen des Projekts Prototypen für beide Anwendungen entwickeln. Für Kiefer-OPs braucht es möglichst kleine Schrauben, ca. 20 Millimeterlang, die aber großen Belastungen standhalten müssen. Denn relativ zur Größe ist der Kiefermuskel der stärkste Muskel im menschlichen Körper. In der Fußchirurgie sind die Schrauben zwar größer, zwischen 4 und 6 Zentimeter lang, aber auch sie sind großen Kräften ausgesetzt, beispielsweise Biegekräften bei operativen Korrekturen am Rückfuß.“

Komplexe biomechanische Tests

Alleine das Gewindedesign der Schrauben wirkt sich enorm auf die Biege- und Scherfestigkeit und das Bruchdrehmoment aus. Diese Kräfte im Fuß- und Kieferknochengerüst müssen die Forscherinnen und Forscher im ersten Schritt durch Labormessungen und Simulationen biomechanisch erfassen und verstehen. Sind die Parameter für die optimale Festigkeit der Schraube definiert, wie etwa der Innen- und Außendurchmesser des Gewindes oder der Gewindetalradius, stehen reale Tests der Knochenschrauben nach DIN-Standard an.

„Es ist allgemein ein großer Unterschied, ob man mit metallischen Schrauben oder eben Schrauben aus Biomaterial arbeitet. Die mechanischen Prinzipien sind dieselben, aber wir müssen zum Beispiel auch bedenken, dass der Spenderknochen bei der Sterilisation etwas schrumpft, zwei Stunden nach der OP im Körper aber wieder aufquillt und elastischer wird. Wir führen daher sowohl im trockenen als auch im rehydrierten Zustand umfassende Untersuchungen und Tests durch“, schildert Sommer.

Vorselektion des Spendermaterials

Entscheidend ist auch das Ausgangsmaterial: Die Spenderknochen stammen von Organspendern und dürfen erst nach strengen Selektionsverfahren und serologischen Screenings verwendet werden. Nicht jeder Spenderknochen eignet sich für die Herstellung jeder Knochenschraube.

Ausschlaggebend ist die Größe der Havers-Kanäle, jener Kanäle, die Blutgefäße und Nervenbahnen der Knochenmitte entlang führen. Die Grundlagen für die Vorselektion des Knochenmaterials wurden mittels elektronenmikroskopischer Untersuchungen am FELMI-ZfE Graz (Austrian Centre for Electron Microscopy and Nanoanalysis) erarbeitet.

Dieses Forschungsprojekt ist im Field of Expertise „Advanced Materials Science“ verankert, einem von fünf strategischen Schwerpunktfeldern der TU Graz.

Kontakt TU Graz:
Gerhard SOMMER
Dipl.-Ing. Dr.techn.
TU Graz | Institut für Biomechanik
Tel.: +43 316 873 35505
E-Mail: sommer@tugraz.at

Kontakt surgebright:
surgebright GmbH
Gewerbezeile 7
4040 Lichtenberg
Tel.: +43 720 371 355
E-Mail: info@surgerbright.com

Weitere Informationen:

http://www.surgebright.com
http://www.tugraz.at

Mag. Susanne Eigner | Technische Universität Graz

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Medizintechnik:

nachricht Grünen Star effektiv therapieren: Wächter über den Augeninnendruck
02.07.2018 | Fraunhofer Institute for Microelectronic Circuits and Systems IMS

nachricht Künstliche Bauchspeicheldrüse bewährt sich im Spital
26.06.2018 | Universitätsspital Bern

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Medizintechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Diamant – ein unverzichtbarer Werkstoff der Fusionstechnologie

Forscher am KIT entwickeln Fenstereinheiten mit Diamantscheiben für Fusionsreaktoren – Neue Scheibe mit Rekorddurchmesser von 180 Millimetern

Klimafreundliche und fast unbegrenzte Energie aus dem Fusionskraftwerk – für dieses Ziel kooperieren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler weltweit. Bislang...

Im Focus: Wiener Forscher finden vollkommen neues Konzept zur Messung von Quantenverschränkung

Quantenphysiker/innen der ÖAW entwickelten eine neuartige Methode für den Nachweis von hochdimensional verschränkten Quantensystemen. Diese ermöglicht mehr Effizienz, Sicherheit und eine weitaus geringere Fehleranfälligkeit gegenüber bisher gängigen Mess-Methoden, wie die Forscher/innen nun im Fachmagazin „Nature Physics“ berichten.

Die Vision einer vollständig abhörsicheren Übertragung von Information rückt dank der Verschränkung von Quantenteilchen immer mehr in Reichweite. Wird eine...

Im Focus: Was passiert, wenn wir das Atomgitter eines Magneten plötzlich aufheizen?

„Wir haben jetzt ein klares Bild davon, wie das heiße Atomgitter und die kalten magnetischen Spins eines ferrimagnetischen Nichtleiters miteinander ins Gleichgewicht gelangen“, sagt Ilie Radu, Wissenschaftler am Max-Born-Institut in Berlin. Das internationale Forscherteam fand heraus, dass eine Energieübertragung sehr schnell stattfindet und zu einem neuartigen Zustand der Materie führt, in dem die Spins zwar heiß sind, aber noch nicht ihr gesamtes magnetisches Moment verringert haben. Dieser „Spinüberdruck“ wird durch wesentlich langsamere Prozesse abgebaut, die eine Abgabe von Drehimpuls an das Gitter ermöglichen. Die Forschungsergebnisse sind jetzt in "Science Advances" erschienen.

Magnete faszinieren die Menschheit bereits seit mehreren tausend Jahren und sind im Zeitalter der digitalen Datenspeicherung von großer praktischer Bedeutung....

Im Focus: Erste Beweise für Quelle extragalaktischer Teilchen

Zum ersten Mal ist es gelungen, die kosmische Herkunft höchstenergetischer Neutrinos zu bestimmen. Eine Forschungsgruppe um IceCube-Wissenschaftlerin Elisa Resconi, Sprecherin des Sonderforschungsbereichs SFB1258 an der Technischen Universität München (TUM), liefert ein wichtiges Indiz in der Beweiskette, dass die vom Neutrino-Teleskop IceCube am Südpol detektierten Teilchen mit hoher Wahrscheinlichkeit von einer Galaxie in vier Milliarden Lichtjahren Entfernung stammen.

Um andere Ursprünge mit Gewissheit auszuschließen, untersuchte das Team um die Neutrino-Physikerin Elisa Resconi von der TU München und den Astronom und...

Im Focus: First evidence on the source of extragalactic particles

For the first time ever, scientists have determined the cosmic origin of highest-energy neutrinos. A research group led by IceCube scientist Elisa Resconi, spokesperson of the Collaborative Research Center SFB1258 at the Technical University of Munich (TUM), provides an important piece of evidence that the particles detected by the IceCube neutrino telescope at the South Pole originate from a galaxy four billion light-years away from Earth.

To rule out other origins with certainty, the team led by neutrino physicist Elisa Resconi from the Technical University of Munich and multi-wavelength...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Wie geht es unserer Ostsee? Ein aktueller Zustandsbericht

17.07.2018 | Veranstaltungen

Interdisziplinäre Konferenz: Diabetesforscher und Bioingenieure diskutieren Forschungskonzepte

13.07.2018 | Veranstaltungen

Conference on Laser Polishing – LaP: Feintuning für Oberflächen

12.07.2018 | Veranstaltungen

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

Optische Kontrolle von Herzfrequenz oder Insulinsekretion durch lichtschaltbaren Wirkstoff

17.07.2018 | Biowissenschaften Chemie

Umweltressourcen nachhaltig nutzen

17.07.2018 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Textilien 4.0: Smarte Kleidung und Wearables als Innovation

17.07.2018 | Innovative Produkte

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