Biomechanical analysis of different mineral bone substitutes for application in tibial head bone defects
Orthopaedics, Traumatology, Reconstructive Surgery
Final Report Abstract
Im Rahmen des Projektes zur Evaluation von injizierbaren Knochenersatzmaterialien auf Calcium- und Magnesiumphosphatbasis ist es gelungen, unterschiedliche Knochenzemente zu charakterisieren und im Hinblick auf ihre klinischen Anwendungsmöglichkeiten hin zu testen. Dabei wurden sowohl Untersuchungen zum Handling als auch Schraubenausrissversuche und Testungen im kliniknahen Frakturmodell am Tibiakopf durchgeführt. Die ersten experimentellen Struvit-Zemente wiesen in den biomechanischen Analysen sehr gute Ergebnisse auf, woraufhin eine Weiterentwicklung der Zemente hin zu einer, in der Klinik wünschenswerten Bohrbarkeit erfolgte. Hierfür wurden 13 unterschiedliche Zementkompositionen in verschiedenen Variationen der Power Liquid Ratio (PLR) und des molaren Verhältnisses basischarakterisiert. Zemente mit einer PLR von 1,71 wiesen dabei Eigenschaften auf, die für die Anwendung unabdingbar sind: Diese Zemente zeigten eine adäquate Abbindezeit von ca. 8-12 Minuten auf und konnten anschließend gebohrt und mit einem Gewindeschnitt versehen werden, ohne eine Sprödigkeit aufzuweisen. Nach Testungen der bohrbaren Magnesiumphosphatzemente in Schraubenausrissversuchen wurden die beiden vielversprechendsten Zemente ausgewählt, um ihre biomechanische Belastbarkeit im kliniknahen Frakturmodell zu testen. Dabei zeigten beide Zemente eine hohe biomechanische Stabilität bei Auffüllung der simulierten metaphysären Knochendefekte. Weitere Anwendungsmöglichkeiten bestehen in der Augmentation von Implantaten, woraufhin die bohrbaren Eigenschaften der Magnesiumphosphatzemente in einem Folgeprojekt genutzt wurden, um Schraubanker in schwierigen, osteoporotischen Knochenverhältnissen zu augmentieren. Für alle Knochendichten konnte eine deutlich höhere Ausrisskraft der Schraubanker durch den Magnesiumphosphatzement gezeigt werden. In Folgeprojekten werden zurzeit die Augmentation von Klingen am proximalen Femur oder die in-vivo Eigenschaften im Femurdefektmodell am Kaninchen analysiert.
Publications
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Biomechanical Evaluation of Promising Different Bone Substitutes in a Clinically Relevant Test Set-Up. Materials (Basel). 2019 Apr 26;12(9):1364
Brueckner T, Heilig P, Jordan MC, Paul MM, Blunk T, Meffert RH, Gbureck U, Hoelscher-Doht S
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Experimental Drillable Magnesium Phosphate Cement Is a Promising Alternative to Conventional Bone Cements. Materials (Basel). 2021 Apr 12;14(8):1925
Heilig P, Sandner P, Jordan MC, Jakubietz RG, Meffert RH, Gbureck U, Hoelscher-Doht S
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Augmentation of Suture Anchors with Magnesium Phosphate Cement – Simple Technique with Striking Effect. J Mech Behavour Biom. 2022 Jan
Heilig P, Jordan MC, Paul MM, Kupczyk E, Meffert RH, Gbureck U, Hoelscher-Doht S
