NEUE PUBLIKATION IN JOURNAL OF CRANIO-MAXILLOFACIAL SURGERY

In vivo endocultivation of CAD/CAM hybrid scaffolds in the Omentum Majus in miniature pigs

Diese Studie untersucht die Regeneration von Knochendefekten im Unterkiefer mithilfe eines neuartigen Hybridscaffolds in Miniaturschweinen. Zehn Göttinger Minischweine erhielten jeweils ein Scaffold, das entweder mit einem Kollagenhydrogel und rhBMP-2 oder nur mit rhBMP-2 beladen war. Die Ergebnisse zeigten, dass das Kollagenhydrogel die Knochenintegration verbesserte und eine höhere Knochenanheftung an die ZrO2-Trägerstrukturen ermöglichte. Die Studie hebt die Vorteile der Verwendung des Omentum majus als Bioreaktor hervor und zeigt Möglichkeiten für weitere Untersuchungen auf, um die Implantation der Gerüste im Kiefer zu bewerten. (Link)

35. TREFFEN DES MSB-NET

Vom 20. bis 21. Juni fand in Rostock das 35. MSB-Netzwerk-Treffen statt. Das ZESBO war mit 5 Wissenschaftlern vertreten, welche sich auf die Cluster Experimentelle Gelenkkinematik, Implantatverankerung und -sicherheit, Gewebebiomechanik und Numerische Simulation aufteilten. Bis auf letzteres wurden Wissenschaftler des ZESBO in allen weiteren besetzten Clustern zu den neuen Clusterkoordinatoren gewählt. Neben spannenden Vorträgen der Gastgeber, gab es für die Teilnehmenden auch eine Führung durch die Räumlichkeiten des FORBIOMIT. Wir freuen uns schon auf das nächste Netzwerktreffen in Lübeck.

NEUE PUBLIKATION IN JOURNAL OF SPINE SURGERY

Side specific differences of Hounsfield-Units in the osteoporotic lumbar spine

Goldstandard für die Ermittlung der Knochendichte als Surrogatparameter für die Knochenqualität ist die Bestimmung der Bone-Mineral-Density (BMD) mittels Dual Energy X-Ray Absorptiometrie (DEXA), welche meist an der Lendenwirbelsäule durchgeführt wird. Vor Eingriffen an der Wirbelsäule stehen häufig Daten aus der Computertomographie (CT) für die Operationsplanung zur Verfügung, jedoch werden diese Informationen bisher nicht standardisiert zur Beurteilung der Knochenqualität herangezogen. Ziel der Arbeit ist die Gegenüberstellung der BMD aus der DEXA und den auf diagnostischen CT-Scans basierenden Hounsfield-Units (HU). Zusätzlich werden Methoden vorgestellt, mit deren Hilfe sich lokale Dichtegefälle im Knochen quantifizieren lassen.

Es wurden die Teilvolumina einzelner Wirbel von Körperspendern erzeugt und deren HU zur Ermittlung der seitenspezifischen Unterschiede (linke vs. rechte Seite) bestimmt und dabei in spongiöse und kortikale Knochenbereiche unterschieden. Darüber hinaus wurden die HU mit der Knochendichtemessung mittels DEXA verglichen. Sowohl die kortikale als auch die spongiöse HU korrelieren signifikant (p>0,001; α=0,01) mit der BMD. In Mittel beträgt der unterschied zwischen linker und rechter wirbelhälfte 10%, wobei in einigen Fällen Unterschiede bis zu 170 % festgestellt wurden. Tendenziell fällt der Seitenvergleich für die spongiöse HU größer aus als für den gesamten Wirbel und die HU ist in der rechten Wirbelhälfte größer als in der linken. Die Bestimmung der HU aus klinischen CT-Scans ist ein wichtiges Instrument zur qualitativen Beurteilung der Knochenqualität, vor allem durch Einbeziehung des kortikalen Anteils in die Berechnung der HU. Im Gegensatz zur BMD kann die HU zur präzisen Unterscheidung zwischen einzelnen Regionen verwendet werden. Einige der sehr großen seitenspezifischen Gradienten der HU weisen auf ein enormes Anwendungspotenzial für die präoperative patientenspezifische Planung hin. (Link)

NEUE PUBLIKATION IN DIE ORTHOPÄDIE

Implantatverankerung: In-vivo- und In-vitro-Analysen - Cluster Implantatverankerung und -sicherheit

Aseptische Implantatlockerung ist die Hauptursache für Revisionen in der Endoprothetik. Verschiedene In-vitro- und In-vivo-Methoden stehen zur Bewertung der Implantatverankerung und -sicherheit zur Verfügung. Ziel des Forschungsnetzwerks Muskuloskelettale Biomechanik (MSB-NET) ist es, diese Methoden kontinuierlich zu verbessern oder neu zu entwickeln. So werden In-vitro-Analysen häufig mittels statischer und dynamischer ISO- und ASTM-Standards durchgeführt, während RSA-, DXA- und EBRA-Analysen als etablierte In-vivo-Verfahren zur Bewertung der Implantatverankerung zählen. Auch Primärstabilitätsanalysen, sowie schallakustische Verfahren, bieten zusätzliche Möglichkeiten, Lockerungen frühzeitig zu erkennen und die Implantatstabilität genau zu bewerten. Das Cluster dient als Verbindung zwischen Grundlagenforschung, klinischer Praxis und Anwendern, um In-vitro- und In-vivo- Methoden zur Verbesserung der Implantatsicherheit zu fördern. (Link)

NEUE PUBLIKATION IN DIE ORTHOPÄDIE

Wissenschaftliche Methoden bei In-vitro-Untersuchungen im Bereich der Gelenkkinematik - Cluster Experimentelle Gelenkkinematik

In-vitro-Untersuchungen zur Bestimmung der Gelenkkinematik sind eine etablierte Methode, um präklinische Fragestellungen hinsichtlich der Auswirkungen neuer Therapiemöglichkeiten, Operationstechniken oder Implantatdesigns zu beantworten. Die fehlende einheitliche, fachübergreifende Darstellung bei der Bestimmung der Gelenkkinematik stellt dabei ein Problem dar. Neben Darstellungsformen wie der Neutral-Null-Methode oder der Beschreibung von Bewegungen innerhalb der drei Basisebenen, existieren weitere mathematische oder gelenkspezifische Darstellungen einzelner Arbeitsgruppen. Durch die International Society of Biomechanics (ISB) gibt es bereits Empfehlungen zu einer Vereinheitlichung, die in biomechanischen In-vitro-Studien jedoch zum Teil nicht umsetzbar sind. Das Cluster hat sich daher unter anderem als Ziel gesetzt, In-vitro-Prüfmethoden zu standardisieren, um eine bessere Vergleichbarkeit wissenschaftlicher Ergebnisse verschiedener Arbeitsgruppen zu erreichen. (Link)

13. JAHRESTAGUNG DER DGfB

Mit 7 wissenschaftlichen Beiträgen waren wir Ende April auf der 13. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Biomechanik e. V. in Heidelberg vertreten. Die zweijährig stattfindende Veranstaltung stellt ein Highlight im Kalender eines jeden Forschungslabors/Instituts im Bereich der Biomechanik im deutschsprachigen Raum dar. Daher waren auch wir mit 6 Mitarbeitern sehr zahlreich vertreten. Die wissenschaftlichen Beiträge unserer und aller anderen Teilnehmer finden sich im Abstractband der Tagung.

NEUE PUBLIKATION IN CLINICAL BIOMECHANICS

Primary stability in locking plate fixation for proximal humeral fractures may be increased by using an additional nail osteosynthesis in combination with locking plate osteosynthesis - A biomechanical comparison

Bei osteoporotischen Frakturen des proximalen Humerus gilt die Stabilität als wichtiger Faktor für die ordnungsgemäße Heilung und die Vermeidung einer sekundären Luxation. Für die Behandlung kommen chirurgische Techniken wie Osteosynthese mit intramedullären Nägeln oder die Fixierung mit winkelstabilen Platten zum Einsatz. In dieser Studie wird ein neuartiger Ansatz vorgestellt, der beide Techniken kombiniert, und die Primärstabilität mit herkömmlichen Methoden verglichen. Es wurden 25 osteoporotische Humeri mit 2-Part Frakturmodellen inkludiert, die nach dem Zufallsprinzip einer der 3 Versorgungstechniken zugewiesen wurden. Die Proben wurden über 5000 Zyklen mit 250 N in 20° Abduktion sinusförmig belastet und anschließend einem quasi-statischen Versagenstest unterzogen. Dabei wurden die Bewegung am Frakturspalt und die Versagenslast gemessen, sowie die Art des Versagens ermittelt und zwischen den Gruppen verglichen. Die Gruppen mit intramedullärem Nagel und die Gruppen kombinierte Versorgung zeigten eine signifikant geringere Frakturbewegung als die Gruppe mit winkelstabiler Plattenfixierung (p < 0,005) und signifikant höhere Versagenslasten (p = 0,007 bzw. p = 0,0062). Es gab hingegen keinen signifikanten Unterschied zwischen der Gruppe mit intramedullärem Nagel und der Gruppe mit kombinierter Versorgung hinsichtlich der Frakturbewegung oder der Belastung bis zum Versagen (p > 0,005). Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Versorgung mit winkelstabiler Platte weniger Primärstabilität bietet als die Versorgung mit intramedullärem Nagel bzw. der Kombination beider Techniken. Der kombinierte Ansatz kann Vorteile bei der Behandlung komplexer proximaler Humerusfrakturen in osteoporotischem Knochen bieten, und es sollten spezifische Implantate entwickelt werden, um eine optimale Behandlung zu gewährleisten.

Die vollständige Veröffentlichung findet sich unter folgendem Link.

NEUE PUBLIKATION IN MATERIALS & DESIGN

Characterization of the osteogenic differentiation capacity of human bone cells on hybrid β-TCP/ZrO2 structures

Zur Herstellung neuartiger hybrider Implantate, bestehend aus Beta-Tricalciumphosphat (β-TCP) und Zirkoniumdioxid (ZrO2), wurde keramischer 3D-Druck mit Freeze-Foaming kombiniert, um eine gezielte Porosität zu erreichen, welche den spongiösen Knochen imitiert. Ziel war es dabei, die Differenzierungsfähigkeit menschlicher Prä-Osteoblasten auf den „Hybrid-Scaffolds“ zu charakterisieren. Obwohl für die getesteten Komponenten des Hybridgerüsts eine gute Biokompatibilität nachgewiesen wurde, zeigten die reinen β-TCP-Schäume die besten Ergebnisse hinsichtlich der osteogenen Differenzierung und der proinflammatorischen Prozesse. Um die osteoinduktiven Eigenschaften des β-TCP-Schaums zu verbessern, wurden die Strukturen auch mit dem Knochenmorphogenen Protein 2 (BMP-2) biofunktionalisiert und dessen Wirkung entweder auf Einzelzellkulturen von Prä-Osteoblasten oder auf Prä-Osteoblasten, die direkt mit humanen peripheren mononukleären Blutzellen (PBMCs) kultiviert wurden, analysiert. Letztere dienten zur Analyse der Induktion von Knochenumbauprozessen. Die Immobilisierung von BMP-2 auf Scaffolds und seine biologische Zugänglichkeit konnten nachgewiesen werden, jedoch führte die Biofunktionalisierung weder bei den Prä-Osteoblasten noch bei den direkt mit PBMCs kultivierten Prä-Osteoblasten zu einer verbesserten Differenzierungsfähigkeit und Knochenumbauprozessen.

Die vollständige Veröffentlichung findet sich unter folgendem Link.

NEUE PUBLIKATION IM JOURNAL OF CRANIO-MAXILLOFACIAL SURGERY

Bone regeneration in critical-size defects of the mandible using biomechanically adapted CAD/CAM hybrid scaffolds: an in vivo study in miniature pigs

Ziel der Studie war die Analyse der Knochenregeneration in Defekten kritischer Größe unter Verwendung von Hybrid-Scaffolds, welche biomechanisch an den jeweiligen Defekt angepasst und mit dem Wachstumsfaktor rhBMP-2 beladen wurden. Für diese Tierstudie wurden zehn Minischweine mit bilateralen Defekten im Corpus mandibulae versorgt und anschließend mit den neuartigen zylindrischen Hybrid-Scaffolds behandelt. Diese wurden digital entworfen, um den biomechanischen Anforderungen des Unterkieferdefekts mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode zu entsprechen. Die Scaffolds bestanden aus Stützstreben aus Zirkoniumdioxid-Tricalciumphosphat (ZrO2-TCP) und TCP-Schaumkeramiken. Bei jedem Tier wurde ein Scaffold mit rhBMP-2 (100 μg/cm³) beladen, während das andere Scaffold als unbelastete Negativkontrolle diente. Die Ergebnisse zeigten anhand von Mikro-CT-Messungen, dass die Röntgendichte der Proben vor der Implantation 1508±30 mg HA/cm³ betrug, während die Post-mortem-Dichte in der rhBMP-2-Gruppe 1346±71 mg HA/cm³ und in der Kontrollgruppe 1282±91 mg HA/cm³ betrug (p=0,045). Intravitale CT-Untersuchungen ergaben geringfügige Veränderungen der Röntgendichte zwischen 4 und 12 Wochen postoperativ. Die Studie kam zu dem Schluss, dass die biomechanisch an den spezifischen Defekt angepassten Hybrid-Scaffolds mit dem Wachstumsfaktor rhBMP-2 eine vielversprechende Alternative zur autologen Knochentransplantation für die Knochenregeneration bei Defekten von kritischer Größe im Unterkiefer sein könnten.

Die vollständige Veröffentlichung findet sich unter folgendem Link.

NEUE PUBLIKATION IN BMC MUSCULOSKELETAL DISORDERS

Assessment of micromotion at the bone-bone interface after coracoid and scapular-spine bone-block augmentation for the reconstruction of critical anterior glenoid bone loss - A biomechanical cadaver study

Im Falle einer Schulterinstabilität, verursacht durch einen knöchernen Pfannenranddefekt, stellt die Knochenblockaugmentation am Glenoid eine empfohlene chirurgische Versorgung dar. Der Coracoid-Transfer nach Laterjet ist ein hierfür etabliertes Verfahren. Jedoch gehen mit der Entnahme des Knochenspans am Coracoid nicht zu vernachlässigende Risiken der Schädigung neurovaskulärer Strukturen einher. Eine risikoärmere, aber bisher weniger etablierte, Alternative stellt die Entnahme von Knochenspan an der Spina Scapulae dar. Jedoch besteht diesbezüglich die Frage nach der biomechanischen Eignung des Spina-Scapulae-Blocks zur Versorgung von Glenoidrand-Defekten. Dieser Fragestellung widmete sich die jüngst publizierte Studie. Es wurden 12 Spenderschultern präpariert und je sechs mit einem Spina-Scapulae-Block sowie Coracoid-Block versorgt. Es erfolgte eine modifizierte Rocking-Horse-Testung, charakterisiert durch eine mediale Krafteinleitung während anterior-posteriorer Oszillation der Gelenkkopfkomponente. Während dieser zyklischen Testung wurde die Bewegung des Knochenblocks relativ zum Glenoid durch ein optisches Messsystem erfasst. Ein mediales irreversibles Displacement konnte für beide Knochenblöcke als dominante Bewegungskomponente ausgemacht werden, wobei die Unterschiede zwischen beiden Blöcken keine statistische Signifikanz zeigten. Aus den Ergebnissen der Studie folgten keine Argumente gegen die biomechanische Eignung von Spina-Scapulae-Blöcken zur Versorgung von knöchernen Pfannenranddefekten.

Die vollständige Veröffentlichung findet sich unter folgendem Link.

NEUE PUBLIKATION IN CLINICAL BIOMECHANICS

Mechanical parameter assessment of fresh human cancellous bone of the femoral head in atraumatic femoral head necrosis and primary coxarthrosis

Die atraumatische Hüftkopfnekrose (aHKN) ist eine seltene pathologische Veränderung des Hüftkopfes. Sie ist durch eine lokale Nekrose der Spongiosa als Folge einer verminderten Blutversorgung des Knochens gekennzeichnet. Bis heute ist unklar, wie die Härte der Nekrose zu beurteilen ist, ob es sich um Weichgewebe handelt oder um schwierig zu resezierendes Hartgewebe. Im Rahmen einer zweijährigen Studie wurden Hüftköpfe mit diagnostizierter aHKN untersucht. Die primäre Coxarthrose wurden als Vergleichsgruppe ausgewählt. Alle Hüftköpfe wurden im Rahmen von Hüfttotalendoprothesen-Operationen entnommen. Zylindrische Proben wurden mit einem Zapfenschneider im subchondralen Bereich des Femurkopfes akquiriert. Nach einer Aufbereitungsprozedur wurden an den Proben zerstörende uniaxiale Druckprüfungen durchgeführt und die mechanischen Parameter ausgewertet. Die mittleren Druckfestigkeiten und Elastizitätsmoduln waren für beide Gruppen nahezu identisch, aber die Nekrosegruppe wies eine signifikant höhere Datenstreuung und Spannweite hinsichtlich des Elastizitätsmoduls auf. Die mittlere Dichte der Coxarthrose-Proben war signifikant höher als die der nekrotischen Proben. Die mechanischen Eigenschaften der Spongiosa variieren bei Vorliegen einer Femurkopfnekrose erheblich. Abschließend lässt sich sagen, dass das Vorhandensein einer harten Nekrose eine potenzielle Herausforderung für die klinische Resektion dieses Gewebes darstellen kann.

Die vollständige Veröffentlichung findet sich unter folgendem Link.

NEUE PUBLIKATION IN PLOS ONE

Approach to standardized material characterization of the human lumbopelvic system - Specification, preparation and storage

Aufgrund der Komplexität des osseoligamentären lumbopelvinen Systems ist es schwierig, sowohl die Gesamtpräparation als auch die Probenentnahme und Materialprüfung mit einem angemessenen Zeit- und Personalaufwand durchzuführen. Die Logistik solcher Studien stellt eine Hürde für deren Reproduzierbarkeit dar. Es wurde daher ein strukturiertes Verfahren entwickelt und erprobt, mit dem alle notwendigen Schritte reproduzierbar und in angemessener Zeit durchgeführt werden können. Die Unversehrtheit der Proben bleibt erhalten, während sich die Anforderungen in überschaubaren Grenzen halten. Die Praktikabilität des vorgesehenen fünftägigen Probenentnahme- und Testverfahrens konnte an fünf Test- und zwei Vortestsequenzen demonstriert werden. Die angestrebte Minimierung physikalischer, biologischer und chemischer Außeneinflüsse auf die Proben konnte erreicht werden. Der hohe Grad an Anwendbarkeit und Reproduzierbarkeit wird zu einer besseren Vergleichbarkeit zwischen verschiedenen biomechanischen Untersuchungen führen. Dieses am menschlichen Becken erprobte Verfahren ist auf andere anatomische Regionen übertragbar.

Die vollständige Veröffentlichung findet sich unter folgendem Link.

33. TREFFEN DES MSB-NET

Vom 15.-16.06.2023 fand das diesjährige Treffen des Forschungsnetzwerkes Muskeloskelettale Biomechanik (MSB-NET) am Zentrum für Healthcare Technology der Universitätsmedizin Göttingen sowie dem Campus der PFH Göttingen statt. Als aktives Mitglied des MSB-NET war das ZESBO mit drei Wissenschaftlern vertreten und wohnte den Clustern "Experimentelle Gelenkkinematik", "Gewebebiomechanik" sowie "Implantatverankerung und -sicherheit" bei. Das nächste Treffen ist im Rahmen des diesjährigen DKOU (25.10.2023) in Berlin geplant.

NEUE PUBLIKATION IN BMC MUSCULOSKELETAL DISORDERS

Biomechanical comparative study of midline cortical vs. traditional pedicle screw trajectory in osteoporotic bone

Versorgungen mit Pedikelschrauben werden in der klinischen Praxis zur Stabilisierung der Wirbelsäule eingesetzt. Dabei kommt es sehr auf die Verankerungsstabilität der eingebrachten Implantate an. Diese dürfen durch Belastung nicht auslockern, da sonst Revisionsoperationen nötig werden. Einen großen Einfluss auf die Verankerungsstabilität hat dabei die Art, wie die Implantate eingebracht werden. Bei Pedikelschrauben wurde dazu neben der traditionellen Trajektorie (TT) unter anderem die midline cortical (MC) Trajektorie entwickelt. In dieser Studie, wurden beide Trajektorien miteinander biomechanisch verglichen, wobei sich zeigte, dass die MC-Technik der unzementierten TT-Technik vor allem bei den dynamischen Tests überlegen war.
Diese Studie wurde von Medacta International SA (Castel San Pietro, Schweiz) finanziert, wobei vom benannten Sponsor lediglich die Spezifikationen der zu testenden Schrauben festgelegt wurden. Einen weiteren Einfluss auf die Datenerhebung, Auswertung und Interpretation der Ergebnisse dieser Studie gab es nicht.

Die vollständige Veröffentlichung findet sich unter folgendem Link.

NEUE PUBLIKATION IN CLINICAL BIOMECHANICS

Dynamic biomechanical investigation of a novel sulcus bicipitalis plate in combination with a conventional locking plate for the treatment of complex proximal humerus fractures

Die veröffentlichte Studie entstand im Rahmen des ZIM-geförderten Projektes „Kinetek – Plattenosteo“ und beschreibt den Entwicklungsprozess sowie die biomechanische Erprobung einer proximalen Humerusplatte für die Versorgung komplexer Humeruskopffrakturen mittels Doppelplattenosteosynthese.
Diese komplexen Frakturen stellen hohe Anforderungen an die osteosynthetische Versorgung. Seit einigen Jahren wird bereits eine Doppelverplattung unter inverser Verwendung einer Drittelrohrplatte praktiziert, um die Primärstabilität der osteosynthetischen Versorgung zu erhöhen. Dieser Ansatz wurde in der vorliegenden Studie durch die Entwicklung einer dedizierten additiven Platte für den Sulcus bicipitalis fortgeführt. Um die überlegene Primärstabilität der neuen Plattenosteosynthese zu demonstrieren, wurde ein biomechanischer Vergleich mit einer herkömmlichen Verriegelungsplatte mit zusätzlicher Kalkarschraube durchgeführt. Zehn humane Humeripaare wurden hierfür proximal mit einer winkelstabilen Platte (PENTA Platte Kleinfragment, INTERCUS) versorgt. Alle rechten Humeri wurden zusätzlich mit der neuartigen Sulcus-Platte versehen, die entlang des Sulcus bicipitalis verläuft und das Tuberculum minor proximal umschließt. Für 5000 Zyklen wurden die Proben zunächst sinusförmig mit 250 N in 20° Abduktion belastet. Anschließend erfolgte eine quasistatische Belastung bis zum Versagen. Die Bewegung am Frakturspalt aufgrund der zyklischen Belastung erfolgte hauptsächlich als Rotation nach medial und distal. Die Doppelplattenosteosynthese reduziert diese Rotation um etwa 39 %. Bei allen beobachteten Belastungszyklen, mit Ausnahme von 5000 Zyklen, wurde die mediale und distale Rotation des Kopfes durch die Doppelplatte signifikant reduziert. Die Bruchlasten zeigten keine signifikanten Unterschiede zwischen den Gruppen. In dem getesteten Szenario zeigte die neuartige Doppelplattenosteosynthese unter zyklischer Belastung eine signifikante Überlegenheit der Primärstabilität gegenüber der konventionellen Behandlung mit einer winkelstabilen Platte. Darüber hinaus zeigte die Studie die Vorteile einer zyklischen Belastung gegenüber einer quasistatischen Belastung bis zum Versagen.

Die vollständige Veröffentlichung findet sich unter folgendem Link.

NEUE PUBLIKATION IN CLINICAL BIOMECHANICS

The effects of force application on the compressive properties of femoral spongious bone

Diese Studie ist aus einem von der Sächsischen Aufbaubank (SAB) geförderten Verbundprojekt entstanden und beschäftigt sich mit der Fragestellung, inwieweit sich die Art und Weise der Krafteinleitung auf das Kompressionsverhalten humaner Spongiosa auswirkt.
Bei einachsigen Druckversuchen mit Spongiosaproben spielen sogenannte Randartefakte eine große Rolle. Sie führen zu einer Fehlinterpretation der mechanischen Parameter von Knochen aufgrund der unkontrollierten Einleitung von Biegemomenten in die freien Enden der Trabekel. Ziel dieser Arbeit war daher die Vereinfachung bestehender Methoden zur Vermeidung von Randartefakten. Darüber hinaus wurde untersucht, inwieweit Randartefakte einen Einfluss auf das Kompressionsverhalten haben. Dazu wurden aus humanen Femurkondylen insgesamt 176 zylindrische Spongiosaproben entnommen und unter einachsiger Druckbelastung geprüft. Die Proben wurden in zwei Gruppen eingeteilt ("direkt" und "Endkappe") und verschiedene mechanische sowie morphologische Parameter ermittelt. Alle mechanischen Parameter waren bei den Endkappenproben um 30 % bis 40 % höher als bei den direkten Proben. Die größten Unterschiede zwischen den Gruppen wurden beim Druckmodul (45 %) und der Plateauspannung (35 %) festgestellt. Die Energieabsorption kann mit großer Genauigkeit durch die Plateauspannung erklärt werden (p < 0.001; R² = 0.95), und letztere kann von allen untersuchten Parametern am besten durch die geometrische Dichte unter Verwendung einer Exponentialfunktion (p < 0.001; R² = 0.38) definiert werden. Die hier verwendete Endkappenmethode zur Vermeidung von Randartefakten zeigte im Vergleich zur direkten Methode Abweichungen, die mit der Literatur übereinstimmen. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass die Art und Weise der Krafteinleitung in die Probe einen großen Einfluss auf das Versagensfortschrittsverhalten hat, welches anhand der Plateauspannung charakterisiert wurde.

Die vollständige Veröffentlichung findet sich unter folgendem Link.

17. JAHRESTAGUNG DER DWG

Neben über 2000 Vertretern aus Orthopädie, Unfallchirurgie, Neurochirurgie sowie Industrie und Wissenschaft waren drei unserer Mitarbeiter vor Ort bei der 17. Jahrestagung der Deutschen Wirbelsäulengesellschaft (DWG). Neben Workshops und einer beachtlichen Industrieausstellung wurde auf dem Berliner Messegelände vom 07.-09.12.2022 ein umfassendes wissenschaftliches Programm rund um das Thema Wirbelsäule dargeboten, welches u.a. die folgenden ePoster-Beiträge unserer ZESBO-Vertreter umfasste:

• Biomechanische Analyse der Cagebewegung im 360°-Verbund während der postoperativen Frühphase bei Osteoporose
• Untersuchung der Wirbelkörperspongiosa sowie der Schraubenauszugskraft von Pedikelschrauben in Abhängigkeit von BMD und Hounsfield-Units
• Konzepte zur Erhöhung der Primärstabilität von Pedikelschrauben mithilfe aktiver und superelastischer Formgedächtnis-Elemente

NEUE PUBLIKATION IN BIOMEDICAL ENGINEERING ONLINE

The role of bone marrow on the mechanical properties of trabecular bone: A systematic review

In der biomechanischen Forschung ist die detaillierte Kenntnis der mechanischen Eigenschaften von Konchengewebe von entscheidender Bedeutung. Insbesondere im Falle der fein strukturierten Spongiosa im Knocheninneren spielt das Knochenmark, welches sämtliche Zwischenräume ausfüllt, eine wichtige Rolle. Basierend darauf beschäftigt sich dieses umfassende Review mit dem Einfluss des Knochenmarks auf die mechanischen Eigenschaften des trabekulären Knochens. Es wurden insgesamt 38 von über 400 Artikeln in das Review aufgenommen. Die meisten Studien untersuchten den hydraulischen Effekt des Knochenmarks auf die Spongiosa unter Druckbelastung. Nur wenige Arbeiten befassten sich mit dem Scherverhalten humaner Spongiosa. Darüber hinaus wurde herausgefunden, dass bei der Durchführung von einachsigen mechanischen Versuchen in vitro die Präsenz von Knochenmark zu einer Verringerung der mechanischen Eigenschaften führt. Im Gegensatz dazu trägt das Knochenmark jedoch zu einer Erhöhung der mechanischen Eigenschaften bei, wenn die Probekörper einem dreiachsigen Test unterzogen werden.

Die vollständige Veröffentlichung findet sich unter folgendem Link.

NEUE PUBLIKATION IN INTERNATIONAL BIOMECHANICS

Biomechanical testing of different fixation techniques for intraoperative proximal femur fractures: A technical note

Im Rahmen eines von der Deutschen Arthrose-Hilfe e.V. finanzierten Projektes wurden verschiedene Versorgungsvarianten von intraoperativen proximalen Femurfrakturen am Kunstknochen untersucht.
Intraoperative proximale Femurfrakturen (IPFF) sind eine seltene, aber schwierige Komplikation bei Hüfttotalendoprothesen. Ziel dieser Pilotstudie war es daher, die biomechanische Primärstabilität verschiedener Versorgungstechniken für IPFF zu vergleichen. Dazu wurden im Nachgang der Implantation eines zementfreien Femurschaftes standardisierte mediale Längsfrakturen am künstlichen proximalen Femur gesetzt (Typ II, modifizierte Mallory-Klassifikation) und entsprechend versorgt. Es wurden fünf verschiedene Fixierungstechniken verglichen: die Band-Cerclage, 1- bzw. 2-Draht-Cerclagen sowie die Fixierung mittels einer bzw. zwei Kortikalisschrauben. Im Testszenario fand ein quasistatisches Belastungsprotokoll Anwendung. Gemessen und ausgewertet wurden die Versagenslasten der angewandten Techniken. Die beobachteten mittleren Bruchlasten betrugen 4192 N (3982 N - 5189 N) für die Band-Cerclage, 4450 N (3577 N - 4927 N) für die 1-Draht-Cerclage, 5016 N (4175 N - 5685 N) für die 2-Draht-Cerclagen, 6085 N (5000 N - 8907 N) für die Verwendung einer Kortikalisschraube und 4774 N (4509 N - 8502 N) für den Einsatz von zwei Schrauben. Aufgrund des breiten Spektrums an Versagenslasten innerhalb der Versuchsgruppen und der geringen Probenzahl gab es keine erkennbaren Unterschiede zwischen den Gruppen. Alle Fixationstechniken boten eine ausreichende Primärstabilität bei osteoporotischen und nicht osteoporotischen Verbundknochen. Zur Bestätigung der hier vorgestellten Ergebnisse sind jedoch weitere Kadaverstudien mit größeren Stichproben erforderlich.

Die vollständige Veröffentlichung findet sich unter folgendem Link.

16. DKOU

Nach langer coronabedingter Pause waren in diesem Jahr wieder Mitarbeiter des ZESBO mit interessanten Forschungsbeiträgen auf dem Deutschen Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU) präsent. Auf der Berliner Messe wurden vom 25.-28.10.2022 Forschungsergebnisse der letzten Jahre dem Fachpublikum vorgestellt. Die umfangreiche Industrieausstellung auf der Fläche von zwei Messehallen rundete die Veranstaltung ab. Im Rahmen von insgesamt 687 akzeptierten Abstracts war das ZESBO mit den folgenden drei Vorträgen und einer Posterpräsentation vertreten:

• The biomechanical stability of a novel bioabsorbable magnesium (Mg-Zn-Ca) alloy bone anchor for rotator cuff repairs - An ex-vivo cadaver study
• Testung der Primärstabilität mittels Pullout von MC-Schrauben nach zyklischer Belastung an osteoporotischen Wirbeln in Abhängigkeit des eingebrachten Cages (Nominierung für den Wilhelm-Roux-Preis)
• Biomechanische Validierung 3D-gedruckter femoraler Kunstknochen
• Biomechanische Untersuchung einer Doppelplattenosteosynthese unter Verwendung einer neu entwickelten Sulcus-bicipitalis-Platte zur Versorgung komplexer proximaler Humerusfrakturen

12. KONGRESS DER DGFB

Auch beim diesjährigen Kongress der Deutschen Gesellschaft für Biomechanik (DGfB) in Köln (28.-30.09.2022) war das ZESBO mit zahlreichen Poster- und Redebeiträgen vertreten. Thematisch wurden dabei folgende Inhalte präsentiert:

• Primärstabilitätsnachweis mittels Pullout von MC-Schrauben nach zyklischer Belastung an osteoporotischen Wirbeln mit 360°-Fusion
• Biomechanischer Leistungsvergleich einer zusätzlich gesicherten Ankertenodese versus Standard-Ankertenodese der LBS
• Untersuchung der Schraubenauszugskraft von Pedikelschrauben in Abhängigkeit von der mechanischen Stabilität der Spongiosa
• Einfluss von Fußposition und Gewichtsbelastung auf die Stellung des distalen Tibiofibulargelenks
• Ermittlung der mechanischen Eigenschaften humaner Spongiosa des Femurkopfes bei Vorliegen einer atraumatischen Hüftkopfnekrose bzw. Coxarthrose – Eine vergleichende Untersuchung
• HybridBone – Entwicklung eines biokeramischen Hybrid-Scaffolds zur Regeneration knöcherner Gesichtsschädeldefekte
• Biomechanische Validierung additiv gefertigter femoraler Kunstknochen
• Dynamische biomechanische Untersuchung einer neu entwickelten Sulcus-bicipitalis-Platte in Kombination mit einer Standardosteosynthese zur Versorgung komplexer proximaler Humerusfrakturen
• Ein Vergleich der primären Stabilität von Multi Hole-Pfannen und Plattenosteosynthese bei Acetabulumfrakturen – eine biomechanische Studie

39. AGA Kongress

Unter dem Thema Expectations fand vom 15.-17.09.2022 in Wien der 39. AGA Kongress statt. Dort wurde die herausragende Arbeit von Dr. med. Firas Souleiman (Universitätsklinikum Leipzig) und Martin Heilemann (ZESBO) zur Erforschung einer nichtinvasiven Detektionsmöglichkeit von Syndesmosenverletzungen mit dem Research Award der Gesellschaft für Arthroskopie und Gelenkchirurgie (AGA) ausgezeichnet. Die 3D-Messmethode wurde in Kooperation zwischen der Klinik für Orthopädie, Unfallchirurgie und Plastische Chirurgie sowie dem Zentrum zur Erforschung der Stütz- und Bewegungsorgane (ZESBO) in den letzten zwei Jahren entwickelt und im AO Research Institute in Davos angewandt.

Die vollständige Veröffentlichung findet sich unter folgendem Link.

NEUE PUBLIKATION IN BMC BIOMEDICAL ENGINEERING

Biomechanical validation of additively manufactured artificial femoral bones

Im Rahmen eines Kooperationsprojektes der TU Chemnitz und des Fraunhofer IWU wurden unter Beteiligung des ZESBO 3D-gedruckte Kunstknochen biomechanisch validiert.
Um die Anisotropie und Inhomogenität der Knochenstruktur nachzubilden, wurden Knochenmodelle erzeugt, die aus einem additiv gefertigten Kern bestehen, auf welchem ein Glasfaserlaminat aufgebracht wurde. Für die Validierung des Modells wurden mithilfe des Fused-Filament-Fabrication Verfahrens Probekörper, bestehend aus einer Gyroidstruktur, aus unterschiedlichen Materialien sowie Füllgraden gefertigt und im einachsigen Druckversuch charakterisiert. Die kortikale Komponente wurde mittels 3-Punkt-Biegeversuch definiert. Das Gesamtsystem wurde validiert, indem femorale Prothesenschäfte unter kontrollierten Bedingungen sowohl in die 3D-gedruckten Kunstknochen als auch in humane Spenderknochen eingepresst und die dabei auftretenden Kräfte sowie Dehnungen aufgezeichnet wurden. Die Druckproben zeigten dabei ein dem Humanknochen ähnliches Materialverhalten. Im Biegeversuch wies das Glasfaserlaminat eine höhere Festig- und Steifigkeit als humane Kortikalis auf, wobei ein ähnliches Materialverhalten beobachtet werden konnte. Beim Einpressen der Prothese erreichten die Humanpräparate höhere Kräfte als die Knochenmodelle. Die Studie zeigt, dass mittels additiver Fertigung valide Knochenmodelle erzeugt und deren Eigenschaften gezielt durch die Änderung des Füllgrades beeinflusst werden können.

Die vollständige Veröffentlichung findet sich unter folgendem Link.

NEUE PUBLIKATION IM JOURNAL OF THE MECHANICAL BEHAVIOR OF BIOMEDICAL MATERIALS

The sacrotuberous ligament is preloaded in situ

Ziel dieser Studie war es, die intrinsische Vorspannung des Ligamentum sacrotuberale zu ermitteln. Es wurden in situ Messungen der Vorspannkraft an 20 Proben aus 10 humanen Körperspendern durchgeführt, um die These der ligamentären Zuggurtung als mögliche Form der Lastverteilung näher zu untersuchen. Das Ergebnis war eine unerwartet hohe Vorspannkraft mit einem Gesamtdurchschnitt von 118 N ± 74 N. Zudem gab es erste Hinweise auf eine geschlechtsabhängige Vorspannkraft des Ligamentum sacrotuberale mit einem Durchschnittswert von etwa 65 N für die 10 weiblichen und 172 N für die 10 männlichen Proben. Die Analyse weiterer Einflussfaktoren und deren statistische Auswertung zeigte zudem eine Abhängigkeit der Vorspannkraft des Ligaments von der Körpergröße, dem Alter sowie dem Elastingehalt. Dies führt zur Hypothese, dass die Stabilität des Beckens stärker von der ligamentären Vorspannung abhängt als bisher angenommen.

Die vollständige Veröffentlichung findet sich unter folgendem Link.

NEUE PUBLIKATION IN PLOS ONE

Primary stability of multi-hole cups compared to plate osteosynthesis in osteoporotic anterior column and posterior hemi-transverse acetabular fractures — A biomechanical comparison

Für Chirurgen stellen Acetabulumfrakturen gerade bei älteren Patienten mit einer schlechten Knochenqualität eine besondere Herausforderung dar. Um diesbezüglich neue Erkenntnisse zu erzielen, wurde in Kooperation mit dem UKL die primäre Stabilität beim Einsatz von konventionellen Plattenosteosynthesen mit der Versorgung mittels Multi Hole-Pfannen biomechanisch verglichen.
Dabei wurden jeweils sechs Hüftbeine mit einer Fraktur am vorderen Pfeiler und einer Hemiquerfraktur (ACPHT) mit einer Plattenosteosynthese bzw. einer Multi Hole-Pfanne versorgt. Die biomechanischen Versuche wurden mit einer Zug-Druck-Prüfmaschine durchgeführt und mithilfe eines optischen 3D-Messsystems aufgezeichnet. Die Ergebnisse scheinen vielversprechend, dass die primäre endoprothetische Versorgung mit einer Multi Hole-Pfanne und entsprechender Schraubenfixierung bei typischen ACPHT-Frakturen eine vergleichbare Stabilität zur Osteosynthese erreicht. Es sind jedoch weitere klinische Studien erforderlich, um zu belegen, dass die Pfannen fest in den Knochen einheilen.

Die vollständige Veröffentlichung findet sich unter folgendem Link.

9TH WORLD CONGRESS OF BIOMECHANICS IN TAIPEI

Nun bereits zum zweiten Mal waren Mitarbeiter des ZESBO mit einem Forschungsbeitrag beim World Congress of Biomechanics (WCB), der vom 10.-14.07.2022 in Taipei stattfand, vertreten. Angesehen als renommierteste internationale Tagung für Biomechanik in der Welt, wird der Kongress im 4-Jahres-Rhythmus veranstaltet. Vorgestellt wurde das Erfolg versprechende Projekt Hybrid-Bone - Design of a bioceramic hybrid scaffold for the treatment of craniofacial defects in der Session Tissue Engineering 2, welches in Kooperation mit dem Fraunhofer IKTS (Dresden), der Universität Rostock (Rostock) und dem Universitätsklinikum Schleswig-Holstein (Kiel) durchgeführt wird.

31. TREFFEN DES MSB-NET

Vom 23.-24.06.2022 fand das diesjährige Treffen des Forschungsnetzwerkes Muskeloskelettale Biomechanik (MSB-NET) am Muskuloskelettalen Universitätszentrum München (MUM) statt. Das ZESBO war als zertifiziertes Mitglied des MSB-NET mit drei Vertretern anwesend. Spezielles Augenmerk wurde dabei auf die Arbeit in den themenspezifischen Clustern "Experimentelle Gelenkkinematik", "Gewebebiomechanik" und "Implantatverankerung und -sicherheit" gelegt. Das nächste Treffen ist im Rahmen des diesjährigen DKOU (27.10.2022) in Berlin geplant.

NEUE PUBLIKATION IN SCIENTIFIC REPORTS

Effect of weightbearing and foot positioning on 3D distal tibiofibular joint parameters

In Zusammenarbeit mit dem AO Research Institute Davos wurden die Auswirkungen verschiedener Belastungsszenarien und Fußpositionen auf die Stellung des distalen Tibiofibulargelenks (DTFG) untersucht.
Vierzehn gepaarte menschliche Spenderunterschenkel wurden in einem speziell gefertigten Belastungs- und Positionierungsaufbau fixiert. Im unbelasteten Zustand (75 N) und im einbeinig belasteten Zustand (700 N) wurden von jedem Unterschenkel CT-Aufnahmen in fünf Fußpositionen angefertigt: Neutral, 15° Außenrotation, 15° Innenrotation, 20° Dorsalflexion und 20° Plantarflexion. Ein automatisiertes dreidimensionales Messprotokoll wurde verwendet, um drei untersucherunabhängige 3D-Parameter zu bestimmen: Clear space difference (Diastasenänderung zwischen Tibia und Fibula), Translation angle (Rotation der Fibula um die Tibia), Vertical offset (vertikale Verschiebung der Fibula gegenüber Tibia).
Die Fußpositionierung hatte einen signifikanten Einfluss auf die Stellung des DTFG. Die größten Auswirkungen stellten ein um 0,46 mm (SD 0,21 mm) vergrößerter Clear space bei belasteter Dorsalflexion sowie ein Translation angle von 2,36° (SD 1,03°) bei belasteter Außenrotation dar, beides im Vergleich zur belasteten Neutralstellung. Die Belastung selbst führte in keiner Position zu einer Diastasenänderung oder vertikalen Verschiebung der Fibula. Der einzige signifikante Einfluss der Belastung zeigte sich durch einen Translation angle von -0,81° (SD 0,69°) bei Innenrotation des Fußes.
Zusammenfassend wurde festgestellt, dass die Fußpositionierung die Messungen zur Bewertung der Stellung des DTFG deutlich beeinflusst. Die Belastung hingegen scheint keine relevanten Auswirkungen auf die nativen Sprunggelenke in neutraler Position zu haben.

Die vollständige Veröffentlichung findet sich unter folgendem Link.

TV-AUFTRITT BEI EINFACH GENIAL

Zusammen mit der eCovery GmbH sind wir im Erfindermagazin "Einfach genial" des MDR zu sehen. Darin wird gezeigt, wie mithilfe eines optischen Messsystems der Carl Zeiss GOM Metrology GmbH die Bewegungssensoren einer neuartigen Physiotherapie-App validiert werden. Genaueres zum "Physiotherapeuten in der Hosentasche" seht ihr im folgenden Beitrag (ab 15:05 min):  Einfach genial | MDR.DE 

NEUE PUBLIKATION IN SCIENTIFIC REPORTS

Influence of thread design on anchorage of pedicle screws in cancellous bone: an experimental and analytical analysis

In Zusammenarbeit mit der HTWK Leipzig wurde experimentell und analytisch der Einfluss des Gewindedesigns auf die Verankerung von Pedikelschrauben in Spongiosa untersucht.
Die Gewinde moderner Pedikelschrauben können sehr unterschiedlich gestaltet sein. Es ist schwierig zu beurteilen, welches Zusammenspiel von Designmerkmalen für die Schraubenverankerung besonders vorteilhaft ist. Ziel dieser Studie war es daher, das Verständnis für das Verankerungsverhalten zwischen Schraube und Spongiosa zu verbessern. Es wurden Auszugstests mit sechs Pedikelschrauben in jeweils zwei Größen an Polyurethanschaumblöcken in jeweils drei Dichten durchgeführt. Aus dem speziellen Schraubendesign wurden allgemeinere Schraubeneigenschaften abgeleitet und anhand der Testdaten bewertet. Einige Schraubenmerkmale, wie z. B. die Verdichtung, eignen sich gut für den Vergleich der verschiedenen Gewindedesigns von Schrauben mit konischem Kern. Die Kombination von zwei Merkmalen, von denen das eine die Knochenverdichtung und das andere die Gewindeflankenfläche darstellt, scheint für die Beurteilung des Verankerungsverhaltens besonders vorteilhaft zu sein. Mit einer aus diesen Merkmalen abgeleiteten Gleichung konnte die Auszugsfestigkeit sehr genau berechnet werden (mittlere Abweichung 1 %). Darüber hinaus wurden die Ergebnisse durch Versuche am Spendermaterial bestätigt. Bei Schrauben mit konischem Kern ändern sich die Designanforderungen für eine gute Verankerung gegen Auszug aus der Spongiosa mit der Materialdichte. Bei ausreichender Knochenqualität sind Schrauben mit hohem Verdichtungseffekt vorteilhaft, während bei geringer Knochendichte auch ein hoher Gewindeflankenbereich für eine bessere Schraubenverankerung notwendig erscheint.

Die vollständige Veröffentlichung findet sich unter folgendem Link.

TWITTER-ACCOUNT

Ab sofort präsentiert das ZESBO News zu jüngsten Veröffentlichungen, startenden Projekten, Veranstaltungen und vielem mehr auch auf @Twitter.

>> Folge uns, um auf dem neusten Stand zu bleiben! <<