Wachstumsprognosen für Knochenbrüche in 3D

Ulmer Forscher simulieren Heilungsprozesse im Computer

Ulm (pte009/05.06.2000/11:00)

Um zu erforschen, welche Faktoren den Heilungsprozess nach einem Knochenbruch beeinflussen, führen Forscher von der Universität Ulm http://www.uni-ulm.de/ komplizierte Computersimulationen durch. In Experimenten mit Schafen gewinnen sie dazu Informationen über Belastung und Reaktion einer Bruchstelle. Die Daten fließen dann in ein Modell im Rechner ein. Noch arbeiten die Ulmer Wissenschaftler mit einem zweidimensionalen Abbild des Knochen, bald führen sie ihre Berechnungen auch in drei Dimensionen durch.

Ulrich Simon ist Ingenieur am Ulmer Institut für orthopädische Forschung und Biomechanik. Auf seinem Computerbildschirm repräsentiert ein längs aufgeschnittenes Rohr den gebrochenen Knochen eines Schafes. Simon kann auf Mausklick den Heilungsprozess starten und die Neubildung des Knochens beobachten. Auf dem Bildschirm dauert die Heilung zehn Sekunden, für die entsprechende Berechnung brauchte der Computer einen halben Tag. Denn die Kalkulation ist sehr kompliziert: Ob ein Koordinatenpunkt auf dem simulierten Schafsknochen zu einem bestimmten Zeitpunkt verknöchert oder nicht, hängt von vielen Faktoren ab, etwa von der Spannung oder Dehnung an diesem Ort. "Je nachdem, wie die Spannungen aussehen, wird die Steifigkeit des Gewebes verändert", erklärt Simon. "Genau das passiert auch bei der Heilung. Das Gewebe verknöchert allmählich, und das hängt von der Beanspruchung ab."

Die Modellrechnungen sollen Vorhersagen über den Heilungsverlauf auch beim Menschen ermöglichen, so die langfristige Vision von Lutz Claes, dem Kopf des Ulmer Forschungsteams: "Wenn ein Patient operiert wurde und der Chirurg mit seiner Arbeit auch zufrieden ist, der Knochen aber dennoch nicht zusammenheilt, dann fragt man sich, woran es liegt. Da gibt es eine ganze Reihe von Ursachen." Möglicherweise bekommen die Knochenvorläuferzellen in der Umgebung des Bruches nicht die richtigen Spannungen oder Dehnungen. Die Heilung verzögert sich dann aus biomechanischen Gründen. Ob das wirklich der Fall ist, könnten einmal individuelle Berechnungen für den Patienten beantworten. (dradio) (Ende)