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pte20210708019 Forschung/Entwicklung, Medizin/Wellness

Neues Gerät lässt Knochenbrüche schneller heilen

Extrem dünnes Implantat sorgt mit Strom für schnelleres Zusammenwachsen


Knochenstimulator: hauchdünn und biologisch abbaubar (Foto: Jason Daley)
Knochenstimulator: hauchdünn und biologisch abbaubar (Foto: Jason Daley)

Madison (pte019/08.07.2021/11:30) - Gebrochene Knochen wachsen schneller und nachhaltiger zusammen, wenn sie von elektrischem Strom stimuliert werden. Forscher der University of Wisconsin-Madison http://wisc.edu haben deshalb nun ein Gerät entwickelt, das sich diesen Umstand zunutze macht. Es ist extrem dünn und wird chirurgisch implantiert, während der gebrochene Knochen medizinisch versorgt wird. Den Strom, der zur Heilung beiträgt, erzeugt das Gerät selbst. Wenn der Heilungsprozess abgeschlossen ist, baut der Körper den Stimulator rückstandsfrei ab.

Pulsierende Ader erzeugt Strom

"Ich habe mich gefragt, ob wir eine Lösung finden können, die es ermöglicht, dass Athleten wieder schneller aufs Feld zurückkommen können", erklärt Xudong Wang, Professor im Bereich Materials Science and Engineering an der University of Wisconsin-Madison. Knochen sind selbst piezoelektrisch - das heißt, sie erzeugen winzige Stromstöße, wenn sie belastet werden. Dabei setzen sie mechanische Energie in elektrische um.

Das Gerät, das Wang und seine Kollegen entwickelt haben, verstärkt diesen Effekt. Es handelt sich um einen Generator, der auf Grund von Bewegung eine elektrische Spannung erzeugt, die im Knochen einen Stromfluss auslöst. Wenn er eingegipst ist fehlt es an der nötigen Bewegung. Doch die Forscher sind optimistisch, dass sie das Problem lösen können. Sie denken etwa daran, das Pulsieren einer Ader, die sich in der Nähe des Bruchs befindet, in elektrische Energie umzusetzen. Notfalls könnte der Generator von außen drahtlos mit Strom versorgt werden.

Erfolgreiche Tests an Ratten

Um die Praxistauglichkeit ihrer Erfindung zu erproben, testeten sie es an Ratten. Dabei stellten sie fest, dass die Tiere, die damit ausgestattet waren, sehr viel schneller gesundeten als die einer Kontrollgruppe ohne Generator. Die Bewegung der verletzten Ratten reichte für die Stromversorgung aus. Bei Menschen sei das allerdings anders, weil die Entfernung zwischen Bruchstelle und Generator größer sei, geben die Experten zu bedenken. Der Generator erzeugt auf Grund von kleinen Bewegungen eine Spannung von vier Volt, und das über einen Zeitraum von etwa sechs Wochen. Er wird auf einer hauchdünnen Unterlage aus einem natürlichen Kunststoff aufgebaut, der auf Basis von Milch- und Glycolsäure entsteht.

(Ende)
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