Simulation des Knochenheilungsprozesses

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Der Verlauf und der Erfolg der Knochenheilung wird in erheblichem Maße von den mechanischen Bedingungen im Frakturheilungsgebiet beeinflußt. Eine mathematische Simulation der Knochenheilungsvorgänge ist mit Hilfe von Finite-Elemente-Methoden (FEM) und Gewebetransformationsfunktionen möglich. Von uns wurde eine neue Gewebedifferenzierungshypothese erarbeitet, die im Unterschied zu allen bisherigen Verfahren auf quantitativen Daten aus tierexperimentellen Untersuchungen und Zellkulturexperimenten basiert. Die Gewebedifferenzierungshypothese wurde bereits in einem statischen Frakturmodell auf verschiedene Stadien der Knochenheilung angewandt und ergab sehr gute Übereinstimmung mit in vivo beobachteten Knochenheilungs- und Zellkulturergebnissen. Ziel des beantragten Forschungsvorhabens ist ein dynamisches Finite-Elemente-Modell, das die neue Gewebedifferenzierungshypothese in mathematischer Form enthält und zusätzlich auch biologische Faktoren berücksichtigt. Das Modell soll an verschiedenen Fraktursituationen verifiziert werden und dann zu einer Reduktion der Anzahl von Tierversuchen zur Knochenheilung beitragen. Zusammen mit einem parallel bearbeiteten Projekt zur Belastung der ovinen und humanen Extremitäten sollen die Ergebnisse Vorhersagen für Heilungsvorgänge oder Analysen von biomechanisch bedingten Heilungsstörungen zuerst beim Schaf und später beim Patienten erlauben.