Bohrbare Magnesiumphosphatzemente in der biomechanischen Evaluation: Knochenkleber und Knochenersatz zugleich.

• Antragstellerin: Professorin Dr. Stefanie Hölscher-Doht
• Fachliche Zuordnung: Biomaterialien ; Orthopädie, Unfallchirurgie, rekonstruktive Chirurgie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 524554701

Mineralische Keramiken als Knochenersatz sind bereits seit geraumer Zeit im klinischen Einsatz. Den aktuellen kommerziell verfügbaren Standard stellen Hydroxylapatitzemente dar, die in knöcherne Defekte injiziert werden können und nach einer kurzen Abbindezeit bereits so fest werden, dass die operative Frakturversorgung fortgeführt werden kann. Diese Zemente zeigen jedoch einen fehlenden Umbau zu Knochen, auch über Jahre, weshalb Zemente auf Magnesiumphosphatbasis eine spannende Alternative darstellen. In den letzten Jahren konnte diese Zemente sowohl in Belastungstests als reine Materialprüfungen, in realitätsnahen Frakturmodellen und in in-vivo Tiermodellen im Hinblick auf ihre mechanischen Eigenschaften, ihre Biokompatibilität als auch im Hinblick auf ihren Umbau zu Knochen überzeugen. Mit Phytinsäure (IP-6) als Flüssigkeitskomponente konnten in dem Vorprojekt zu diesem Forschungsvorhaben zwei Zusammensetzungen von Magnesiumphosphatzementen detektiert werden, die neben diesen wünschenswerten Eigenschaften optimiert für den klinischen Einsatz sind: Neben der Injizierbarkeit bei unterschiedlichen Temperaturen sind sie bohrbar und weisen weiterhin, auch nach dem Bohrvorgang und Setzen einer Schraube, eine hohe axiale Belastbarkeit auf. Ein interessanter Nebeneffekt, der bei der Testung unterschiedlicher Zusammensetzungen der Magnesiumphosphatzemente mit Phytinsäure aufgefallen ist, war der Klebeeffekt an allen Oberflächen dieser Zemente. Ein Zufallsaspekt, der äußerst interessant für weitere klinische Anwendung der Zemente ist. Ziel dieses Projektes ist es nun, diese bohrbaren und adhäsiven Zemente weiter als „Allrounder“ für die Anwendung am Knochen zu charakterisieren, als Kleber und Füllmaterial in einem. Sollten beide Eigenschaften in einem Zement vereint werden können, würde dies die operative Frakturversorgung insbesondere bei gelenknahen Mehrfragmentfrakturen revolutionieren. Um diesen hochinteressanten neuen Aspekt der möglichen klinischen Anwendung näher zu untersuchen, wird zunächst ein kliniknahes Frakturmodell etabliert, welches sowohl einen knöchernen Defekt als auch eine Spaltkomponente zum Kleben aufweist. Anhand von porcinen Schienbeinknochen wird dieses Frakturmodell evaluiert und eine neue Operationstechnik der Auffüllung und Klebung dieser Fraktur mit primär anatomischer Reposition analysiert. Anhand von biomechanischen Testungen der Kombination aus Knochenzementen und Plattenosteosynthesen wird die neue Operationsmethode auf Stabilitätsunterschiede zur bisher angewandten, etablierten Methode untersucht. Darüber hinaus werden die neuen adhäsiven und bohrbaren Magnesiumphosphatzemente im Frakturmodell an humanen Knochen auf ihre Eigenschaften hin überprüft. Aus den Ergebnissen werden wertvolle Ergebnisse für die Übertragbarkeit und klinische Anwendung der Magnesiumphosphatzemente mit Phytinsäure erwartet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen