Biomimetische Knochenersatzmaterialien werden durch abbaubare mineralische oder polymerische Nanofasern verstärkt und bezüglich ihrer mechanischen Eigenschaften optimiert. Anschliessend werden das Verhalten dieser Materialien im Organismus und ihre Effekte auf Zellen, Gewebe und Organe untersucht.
Hintergrund
Die Verstärkung von Kalziumphosphat-basierten Knochenersatzmaterialien mit Nanofasern stellt eine Möglichkeit dar, diesen Materialien knochenähnliche mechanische Eigenschaften zu verleihen. Obwohl Nanofasern in der Entwicklung von neuen und verbesserten Biomaterialien ein grosses Potential zuerkannt wird, sind deren biologische Effekte auf Zellen, Geweben und Organe wenig geklärt.
Ziel
Das Ziel dieses Projektes besteht in (a) der Entwicklung von mineralischen und polymerischen, resorbierbaren Nanofasern und (b) der Untersuchung der Zell- und Gewebereaktion gegen diese Fasern.
In Teil (a) des Projektes werden die Nanofasern synthetisiert und Nanokompositmaterialien (NKM) als gesinterte Formkörper oder selbsthärtende Zemente hergestellt. Zur Charakterisierung der Materialien werden physikalische, chemische und mechanische Tests durchgeführt, welche den ISO oder ASTM Standards entsprechen.
In Teil (b) werden die biologischen Auswirkungen der NKM in Zell– und Tiermodellen charakterisiert. Die NKM, welche die besten Resultate bezüglich ihrer mechanischen und biologischen Parameter zeigen, werden vertieft untersucht im Hinblick auf die Auslösung von entzündlichen Prozessen, Knochenheilung und –umbau sowie Osseointegration. Ein besonderer Fokus wird auf die Verteilung der Nanofasern im Organismus und auf ihre zellulären Effekte gerichtet.
Bedeutung
Knochenersatzmaterialien bedürfen der Verbesserung ihrer mechanischen Eigenschaften, um mögliche Belastungen, wie sie in Knochen auftreten, zu übernehmen. Das Ziel dieser Studie besteht in der Entwicklung neuartiger NKM basierend auf Kalziumphosphaten. Einerseits ist das Potential von Nanofasern in der Materialentwicklung unbestritten, andererseits entstehen durch die Verteilung der Nanofasern im Organismus neue Risiken, die wenig untersucht sind. Diesen Risikostudien wird ein besonderes Gewicht zugeordnet. Schlussendlich sollen innerhalb dieser Arbeit standardisierte Testprotokolle etabliert werden.
Diese NKM werden neue chirurgische Möglichkeiten eröffnen, indem sie den Einsatz von Platten und Schrauben verringern und/oder nicht-elastische und nicht-abbaubare PMMA Zemente ersetzen und so sekundäre Eingriffe einsparen können.
Originaltitel: Nanofibres Reinforced Bone Substitute Materials: Effect of Delayed Fibre Degradation on Cells and Tissues
Betrag: CHF 299'992.-
Dauer: 36 Monate
Projektverantwortlicher
- Dr. Reto Luginbühl