Untersuchung der piezoelektrischen Eigenschaften von spongiösem Knochen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Ursula van Rienen
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 245657515

Das Forschungsvorhaben steht in engem Zusammenhang mit der Entwicklung elektrostimulativer Endoprothesen für das Hüftgelenk. Die Ergebnisse haben allerdings eine weit allgemeinere Bedeutung. Mit wachsender Alterung der Gesellschaft werden zunehmend auch Revisionsoperationen notwendig, bei denen oft ein großer Knochenschaden in der direkten Umgebung der Endoprothese vorliegt. Derartige Knochenschäden können andererseits auch durch Krankheit (z.B. Knochenkrebs, Folgeschäden von Alkoholmissbrauch) oder Unfall verursacht sein. In enger Zusammenarbeit mit Kollegen aus der Orthopädie wurde in früheren Arbeiten ein erstes Design eines Elektrodensystems für eine elektrostimulative Hüftendoprothese entwickelt. Auch wenn grundsätzlich die Methode der Elektrostimulation zur Verbesserung des Knochenwachstums bereits seit nahezu vier Jahrzehnten bekannt ist und angewendet wird, bleiben noch viele Fragen nach dem grundsätzlichen Wirkmechanismus offen. Weiterhin zeigten sich die klinisch verwendeten Stimulationsparameter zwar empirisch als wirkungsvoll, ungeklärt ist aber, ob es sich hierbei um die optimalen Parameter handelt und wie diese in genauem Zusammenhang zu den physiologischen Vorgängen stehen. Das Ziel dieses Vorhabens liegt daher darin, das piezoelektrische Verhalten von Knochengewebe genauer zu untersuchen und entsprechende piezoelektrische Gewebeparameter zu spezifizieren. Dabei soll ein Versuchsaufbau von Fukada und Yasuda, die erstmals 1957 die piezoelektrischen Eigenschaften von Knochen experimentell nachwiesen, nachgebaut werden und die Experimente auch in silico nachvollzogen werden. In den Simulationen werden umfangreiche Parameterstudien durchgeführt. Die so gewonnenen Gewebeparameter sollen in weiteren Projekten verwendet werden, um die bislang empirisch gewonnenen Stimulationsparameter zu optimieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen