Bioresorbierbare Mg-Fe Implantate in der Knochenheilung

• Antragsteller: Professor Dr. Richard Stange
• Fachliche Zuordnung: Orthopädie, Unfallchirurgie, rekonstruktive Chirurgie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 535485010

Frakturen der unteren Extremität, insbesondere des Femurs und der Tibia, erfordern während der Knochenheilung lasttragende Implantate, um eine ausreichende Knochenregeneration, eine frühzeitige Mobilisierung und die Vermeidung sekundärer Komplikationen wie Thrombosen oder Embolien zu gewährleisten. Aktuelle, nicht abbaubare Metallimplantatlösungen aus Titanlegierungen (Ti) oder Edelstahl können die lokalen biologischen Bedingungen nicht vollständig erfüllen, da die mechanischen Eigenschaften von Metallimplantaten mit dem Knochen nicht übereinstimmen. Metallimplantate müssen zudem häufig entfernt werden, die Entfernung selber ist ebenfalls mit möglichen Komplikationen behaftet. In einem breit angelegten, synergistischen Ansatz von Materialwissenschaft, Implantatkunde, Frakturheilungsforschung und speziellen Tiermodellen und basierend auf vielversprechenden Vorstudien ist das Hauptziel des vorgeschlagenen, transnationalen Forschungsprojekts die Entwicklung und Bewertung eines innovativen bioresorbierbaren Mg-Fe (Nano)-Komposits als optimiertes Implantat zur Stabilisierung lasttragender Knochenbrüche und zur Unterstützung der Knochenheilung. Unser Ziel ist es, die erforderlichen Materialeigenschaften für eine optimale Kallusbildung zu untersuchen und zu klären, wie der Verbundstoff gestaltet sein muss, um die erforderliche Eigenschaftskombination wie z. B. Anfangsfestigkeit oder Abbauraten zu erreichen. Arbeitspaket 1 zielt auf die Herstellung verschiedener Materialzusammensetzungen ab und untersucht die mechanischen Eigenschaften während der Korrosion sowie Korrosionsmechanismen, um das Material selbst zu charakterisieren. Vielversprechende Materialkomposite werden dann in Arbeitspaket 2 für Biokompatibilitätstests in Zellkultur und im in-vivo-Ansatz eingesetzt, um das optimale Komposit in Hinblick auf die Wechselwirkungen des Materials mit Zellen, dem Gewebe oder auch im gesamten Organismus zu bewerten. Arbeitspaket 3 stellt dann einen „Proof of Principle“-Ansatz dar, um das neue Material in einem speziellen Frakturmodell an der Maus in vivo zu untersuchen. Besonderes Augenmerk wird auf die Entwicklung und Zusammensetzung des Kallus, die biomechanische Stabilität des gebrochenen Beins im Heilungsverlauf und den Abbau des Implantats, sowie mögliche negative Effekte gelegt. Um die immunmodulatorische Wirkung des Mg-Fe-Komposits zu bewerten und zu validieren, wird die lokale und systemische Immunantwort (z. B. T- und B-Zellen) untersucht. Dynamisch adaptierende, bioresorbierbare Implantate aus Mg-Fe (nano)Komposits, sind von hoher klinischer Relevanz und könnten als Grundlage für die weitere Entwicklung bioresorbierbarer Implantate für die humane Anwendung dienen, um die Frakturheilung zu verbessern und Implantatentfernungen zukünftig zu vermeiden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Partnerorganisation: Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF)
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Oliver Renk, Ph.D.; Nicole Gabriele Sommer, Ph.D.