Influence of X-rays and Gamma-rays on the Mechanical Performance of Human Bone Factoring Out Intraindividual Bone Structure and Composition Indices
Die Ergebnisse der Studie von Dr. Felix Schmidt und Kollegen, veröffentlicht in Materials Today Bio, einem interdisziplinär aufgestellten Journal im Bereich der medizinischen Materialforschung, ermöglichen eine neue Perspektive auf die veränderte Knochenmatrix unter Einfluss von Röntgenstrahlen, welche in Forschungsfragen und Therapiekonzepten von besonderer Bedeutung ist.
Für hochauflösende Untersuchungen der Knochenstruktur und -mechanik stellt sich die Frage, inwiefern Röntgen- und Gammastrahlen die mechanischen Eigenschaften des Knochens beeinflussen können. In einem gemeinsamen Projekt unter Beteiligung des UKE und der TUHH (Osteologie und Biomechanik, Orthopädie und Unfallchirurgie, Zentrum für Molekulare Neurobiologie Hamburg, Radiologie/Biomedizinische Bildgebung) widmeten sich mehrere FMTHH Forscher um Dr. Felix Schmidt dieser Fragestellung. Gemeinsam konnte die Gruppe zeigen, dass für Anwendungen einer Röntgen- bzw. Gammastrahlendosis von 30 Gy und darunter keine Auswirkungen auf die primäre Biomechanik des Knochengewebes zu erwarten ist. Dies ist eine Entwarnung für einen Großteil der klinischen Bildgebungsmethoden sowie breit eingesetzte Methoden wie die µCT-Bildgebung von Probenkörpern. Hingegen konnten die Forschenden zeigen, dass bei einer Dosis von 31,2 kGy starke Veränderungen der Biomechanik geschehen. So zeigt das Knochengewebe kaum noch plastisches Verhalten und kann nur noch einem Bruchteil der ursprünglichen Energie widerstehen. Dies hat weitreichende Bedeutung für Synchrotron-Experimente, beispielsweise in der Medizintechnik. Für die Testung von beispielsweise Implantatverankerungen kommt eine der Durchleuchtung angeschlossene biomechanische Untersuchung bei hohen Dosen nur unter besonderen Bedingungen in Frage. In diesem Falle müssen neue Wege gegangen werden, die Strahlendosis reduziert oder systematische Effekte auf die Plastizität des Knochens im Auge behalten werden. Zukünftige Studien müssen nun klären, an welchem Schwellwert ein Einfluss der Röntgen- und Gammastrahlung erstmalig einen Einfluss auf das Knochengewebe hat und wie stark aufgeprägt dieser Effekt in Abhängigkeit von der Dosis ist.
Im Fokus des ICCIR steht die Erforschung der Eigenschaften und Wechselwirkungen zwischen Materialien und Geweben an Grenzflächen, um mittels medizintechnischen Verfahren klinisch-relevante Fragestellungen zu lösen. Hierbei soll die Interaktion ingenieurwissenschaftlicher, biologischer und medizinischer Forschung gefördert werden.
Das ICCIR ist ein zentraler Forschungsansatz im Rahmen des Forschungszentrums Medizintechnik Hamburg (FMTHH). Im FMTHH forschen Ingenieur:innen der TUHH und Wissenschaftler:innen aus verschiedenen Kompetenzbereichen des UKE gemeinsam an neuen Technologien und Therapien. Klinikern werden durch die interdisziplinäre medizintechnische Forschung neue Diagnostik- und Therapieoptionen durch technologische Anwendungen ermöglicht.
Zur Publikation: “Influence of X-rays and gamma-rays on the mechanical performance of human bone factoring out intraindividual bone structure and composition indices”
Text: Dr. Felix Schmidt