Multiskalen-Reaktion von Knochen auf resorbierbare Implantae

Bio-resorbierbare Implantatmaterialien sind in den letzten Jahren in den Fokus der Forschung gerückt. Besonders vielversprechend für Knochenimplantate sind Magnesiumlegierungen, deren Biokompatibilität und grundsätzliche Eignung als Implantatmaterialien bereits demonstriert wurde. Da Knochen ein komplexes, höchst anpassungsfähiges Material ist und bekanntermaßen auf mechanische Stimuli und chemische Einflüsse reagiert, kann erwartet werden, dass das Einsetzen eines Implantats und dessen Abbau die Struktur des Knochens verändert, was auch durch unsere bisherigen Ergebnisse gestützt wird. Dennoch fehlt nach wie vor eine detaillierte Untersuchung der strukturellen Änderungen von Knochen auf mehreren Längenskalen während des Implantatabbaus. Dies ist von großem wissenschaftlichem Interesse, da es ein Modellsystem für die Antwort des Knochens auf eine sich ständig ändernde Grenzfläche, an der die Heilung stattfindet, und sich ändernde Lastsituation darstellt. Dies ist ebenfalls von großer Wichtigkeit für die zukünftige klinische Anwendung bioresorbierbarer Implantate und die Optimierung der medizinischen Behandlung. Das Ziel dieses Projekts ist daher die Erforschung der Strukturänderung von Knochen auf mehreren Längenskalendurcheinsich auflösendesMagnesium-Implantat,die Korrelation der Strukturänderungen mit Änderungen der Lastsituation und die Erforschung der Konsequenzen für die mechanische Performance von Knochen. Zu diesem Zweck untersuchen wir die lokale Morphologie undNanostruktur in Rattenknochen anderGrenzschicht zu bioresorbierbaren Magnesiumimplantaten und mit Abstand davon, und zwar zu verschiedenen Zeitpunkten während des Implanatatabbaus. Diese werden dann zum Abbauverhalten, dem Heilungsprozess und der Lastsituation in Beziehung gesetzt. Der Einfluss von mechanischen Reizen durch körperliches Training soll ebenfalls untersucht werden. Da Knochen ein komplexes, 3-dimensionales Material ist, setzen wir uns die Strukturuntersuchung und mechanische Modellierung in 3D zum Ziel. Zu diesem Zweck kombinieren wir Röntgencomputertomographie mit Mikrometer Auflösung mit Röntgenkleinwinkelstreuung (SAXS) und der kürzlich entwickelten Spitzentechnologie SAXS- Tomographie für Untersuchungen auf Nanometer-Ebene. 3D Strukturinformation auf mehreren Längenskalen soll mit mechanischen Daten kombiniert und für multiskalige Modelle verwendet werden. Auch potenzielle systemische Auswirkungen auf den Körper werden untersucht. Dieser Ansatz erlaubt uns ein umfassendes Bild zur Knochenanpassung zu gewinnen und Modelle zu entwickeln, um die Reaktion des Knochens und zu verstehen und die mechanische Performance nach Einsatz und Abbau von resorbierbaren Implantaten vorherzusagen.

Bio-resorbierbare Implantatmaterialien sind in den letzten Jahren in den Fokus der Forschung gerückt. Besonders vielversprechend für Knochenimplantate sind Magnesiumlegierungen, deren Biokompatibilität und grundsätzliche Eignung als Implantatmaterialien bereits demonstriert wurde. Da Knochen ein komplexes, höchst anpassungsfähiges Material ist und bekanntermaßen auf mechanische Stimuli und chemische Einflüsse reagiert, kann erwartet werden, dass das Einsetzen eines Implantats und dessen Abbau die Struktur des Knochens verändert, was auch durch unsere bisherigen Ergebnisse gestützt wird. Dennoch fehlt nach wie vor eine detaillierte Untersuchung der strukturellen Änderungen von Knochen auf mehreren Längenskalen während des Implantatabbaus. Dies ist von großem wissenschaftlichem Interesse, da es ein Modellsystem für die Antwort des Knochens auf eine sich ständig ändernde Grenzfläche, an der die Heilung stattfindet, und sich ändernde Lastsituation darstellt. Dies ist ebenfalls von großer Wichtigkeit für die zukünftige klinische Anwendung bioresorbierbarer Implantate und die Optimierung der medizinischen Behandlung. Das Ziel dieses Projekts ist daher die Erforschung der Strukturänderung von Knochen auf mehreren Längenskalen durch ein sich auflösendes Magnesium-Implantat, die Korrelation der Strukturänderungen mit Änderungen der Lastsituation und die Erforschung der Konsequenzen für die mechanische Performance von Knochen. Zu diesem Zweck untersuchen wir die lokale Morphologie und Nanostruktur in Rattenknochen an der Grenzschicht zu bioresorbierbaren Magnesiumimplantaten und mit Abstand davon, und zwar zu verschiedenen Zeitpunkten während des Implanatatabbaus. Diese werden dann zum Abbauverhalten, dem Heilungsprozess und der Lastsituation in Beziehung gesetzt. Der Einfluss von mechanischen Reizen durch körperliches Training soll ebenfalls untersucht werden. Da Knochen ein komplexes, 3-dimensionales Material ist, setzen wir uns die Strukturuntersuchung und mechanische Modellierung in 3D zum Ziel. Zu diesem Zweck kombinieren wir Röntgencomputertomographie mit Mikrometer Auflösung mit Röntgenkleinwinkelstreuung (SAXS) und der kürzlich entwickelten Spitzentechnologie SAXS-Tomographie für Untersuchungen auf Nanometer-Ebene. 3D Strukturinformation auf mehreren Längenskalen soll mit mechanischen Daten kombiniert und für multiskalige Modelle verwendet werden. Auch potenzielle systemische Auswirkungen auf den Körper werden untersucht. Dieser Ansatz erlaubt uns ein umfassendes Bild zur Knochenanpassung zu gewinnen und Modelle zu entwickeln, um die Reaktion des Knochens und zu verstehen und die mechanische Performance nach Einsatz und Abbau von resorbierbaren Implantaten vorherzusagen.