Science-Story ➜ Kiefer-Elektrode für bessere Knochenheilung

Elektrostimulierende Implantate können das Knochenwachstum und die Knochenheilung im Falle von Frakturen oder anderen Knochendefekten anregen.

Die Abbildung zeigt eine bipolare Stimulationselektrode, die in einen großen Defekt im Unterkieferknochen eines Minischweins die Knochenregeneration anregen soll.

Für eine sichere Therapieplanung (hier vorerst Tierversuche am Minischwein) werden die durch Elektrostimulation im Gewebe entstehenden elektrischen Felder mittels Computersimulationen berechnet.

Ziel der Simulationen ist dabei, optimale elektrische Felder in der Region des Knochendefektes zu erzielen, um die Knochenstruktur wiederherzustellen.

Mittels der Finite-Elemente-Methode wurde die elektrische Feldverteilung (in V/m) im Unterkieferknochen eines Minischweins simuliert.

Rote Bereiche mit Feldstärken über 70 V/m bedeuten dabei Überstimulation des Knochens, d.h. möglicherweise eine Beschädigung des Gewebes.

In dunkelblauen Bereichen ist die elektrische Feldstärke mit weniger als 5 V/m sehr gering und wird das Knochenwachstum daher kaum beeinflussen.

Zwischen diesen Extremen, also bei 5 bis 70 V/m hingegen ist eine regenerierender Effekt auf den Knochen zu erwarten.

Die Animation zeigt, wie durch Änderung der Elektrodenlänge h_el sich auch das durch die Stimulation hervorgerufene elektrische Feld ändert.

Durch geeignete Wahl dieses Parameters kann also die Stimulation dahingehend optimiert werden, dass insbesondere im kastenförmigen Defektbereich heilsame Feldstärken erreicht werden.

Bilder und Text: M.Sc. Hendrikje Raben