UCF-Forscher entwickeln bioresorbierbare Implantate für eine bessere Knochenheilung

Jul 12, 2023

Wenn Kinder einen Knochen brechen, kann der herkömmliche Prozess des Einsetzens von Metallimplantaten und deren Entfernung, sobald der Knochen verheilt ist, schwierig, stressig und sogar schädlich für ihren noch wachsenden Körper sein. Der biomedizinische Ingenieur der UCF, Mehdi Razavi, glaubt, dass es einen besseren Weg gibt, Knochenschäden zu heilen.

Durch die Verwendung bioresorbierbarer Magnesiumverbundstoffe entwickelt Razavis Team Schrauben, Stifte, Stäbe und andere medizinische Implantate, die sich im Körper auflösen, sodass sie nicht mehr entfernt werden müssen.

„Die traditionellen Titan-Knochenimplantate funktionieren gut und gibt es schon seit langem, aber man braucht einen zweiten Eingriff, um sie zu entfernen, was psychologische Probleme mit sich bringen kann“, sagt er. Auch das Einsetzen starker Implantate wie Titan könne tatsächlich das Knochenwachstum hemmen, sagt er, da das Körpergewicht während der Genesung auf das Metall und nicht auf den Knochen übertragen werde.

„Magnesium hat jedoch sehr ähnliche mechanische Eigenschaften wie Knochen, ist bereits im Körper vorhanden und fördert die Knochenbildung, was es zu einer idealen Option macht“, sagt er.

Zach Stinson von Nemours Children's Health, ein Kinderorthopäde und Sportmediziner, der an der Forschung mitgewirkt hat, sagt, er stimme zu. Er sagt, biologisch abbaubare Implantate könnten den Familien erheblichen Stress und finanzielle Belastungen abnehmen, und weist darauf hin, dass sich jedes dritte Kind irgendwann in der Kindheit einen Knochen bricht.

„Jedes Mal, wenn ich den gebrochenen Knochen eines Kindes reparieren muss, ist die automatische Frage der Eltern fast jedes Mal: ​​‚Wird das für immer bleiben?‘ „Psychologisch ist das eine große Sache“, sagt er. „Wenn Sie über ein implantierbares Metall verfügen, das auf natürliche Weise absorbiert wird und bei einer zweiten Operation nicht entfernt werden muss, hat das enorme Vorteile, da der Stress für die Patienten durch zusätzliche Operationen entfällt und die Gesundheitskosten gesenkt werden.“

Razavi sagt, dass sein Magnesiumkomposit auch mit Nanopartikeln angereichert ist, die beim Auflösen des Implantats vom Gewebe absorbiert werden. Die Nanopartikel helfen bei der Regeneration neuen Knochens und beschleunigen so den Heilungsprozess.

„Was wir tun, nennt sich regenerative Medizin, bei der wir bioaktive Materialien herstellen, die Gewebe reparieren können.“ er sagt. „Meine Forschung konzentriert sich immer darauf, Fortschritte in der Materialwissenschaft und der Medizin zusammenzubringen. Diese Forschung konzentriert sich auf Knochengewebe, das aufgrund von Knochenbrüchen, Tumorentfernung und Osteoporose verloren gegangen ist.“

Magnesium sei ein ideales Material für die Knochengesundheit und -heilung, sagt er. Es ist so stark wie Metall, aber flexibler als Keramik, und da es sich um eine Verbindung handelt, die bereits im Körper vorkommt, ist die Gefahr einer Abstoßung geringer. Da sich die Magnesiumplatten und -schrauben innerhalb von drei bis sechs Monaten nach der Operation auflösen, kann der Organismus des Patienten das Naturprodukt sicher aus dem Körper filtern. Das Team hat die Implantate erfolgreich in Rattenmodellen eingesetzt – der erste Schritt zur Zulassung der Geräte für Tests am Menschen.

Die UCF-Medizinstudentin im zweiten Jahr, Alison Grise, ist Teil von Razavis Team und betrachtet ihre Arbeit als wichtige Chance, zu wachsen und Teil von etwas zu sein, das Patienten über Jahre hinweg helfen könnte.

„Es ist so spannend, an der Forschung zu arbeiten, die letztendlich die Art und Weise, wie wir Patienten behandeln, verbessern kann, insbesondere die Einbeziehung in die frühen Stadien. Die Tatsache, dass es mir dabei hilft, chirurgische, klinische und wissenschaftliche Fähigkeiten auszubauen, ist mir auch wichtig.“ " Sie sagte.

Das Team untersucht auch, wie der Magnesiumverbundstoff für Anwendungen außerhalb der Medizin entwickelt werden könnte und hat von der US-amerikanischen National Science Foundation Fördermittel erhalten, um die Eigenschaften des Materials zu verbessern und mögliche Anwendungen für die Luft- und Raumfahrt-, Automobil- und Sportindustrie zu schaffen.