Legierung mit "Memory" hilft Knochen schneller und zuverlässiger zu heilen

Legierung mit "Memory" hilft Knochen schneller und zuverlässiger zu heilen
Legierung mit "Memory" hilft Knochen schneller und zuverlässiger zu heilen
Anonim

COLUMBUS, Ohio - Ein Metalldraht, der sich an seine Form "merkt", könnte ideal sein, um einem gebrochenen Knochen zu helfen, schneller und zuverlässiger zu heilen.

Forscher verglichen Nitinol – eine Legierung aus Nickel und Titan – in einem Experiment mit Edelstahl, um herauszufinden, welches Metall am besten bei einem simulierten Knochenbruch funktioniert. Wo der Edelstahldraht während der Simulation an Spannung verlor, hielt das Nitinol eine kontinuierliche Zugkraft. Spannungsverlust kann dazu führen, dass ein Knochen nicht richtig heilt.

"Metalle wie Nitinol erinnern sich an ihre ursprüngliche Form", sagte Alan Litsky, außerordentlicher Professor für Orthopädie und biomedizinische Technik an der Ohio State University."Dieses Formgedächtnis kann verwendet werden, um gebrochene Knochen zu komprimieren, was eine schnellere Heilungszeit und eine bessere Fusion des Knochens bedeuten könnte."

Litsky wird seine Ergebnisse am 20. Mai auf dem World Biomaterials Congress in Kamuela, Hawaii präsentieren.

Chirurgen behandeln bestimmte Frakturen häufig, indem sie Draht um den betroffenen Knochen binden, um die gebrochenen Teile zusammenzuziehen. Das Problem ist, dass Edelstahl – das am häufigsten in diesen Drähten verwendete Metall – dazu neigt, sich mit der Zeit zu lockern, wenn das Metall langsam durch den Knochen wandert. Dies verringert den auf die Fraktur ausgeübten Druck und kann zu einer schlechten Heilung führen.

Nitinol, wenn es gedehnt wird, bevor es um einen gebrochenen Knochen gewickelt wird, widersteht einer Lockerung, weil es sich an seine ursprüngliche Form erinnert. Dieses "Gedächtnis" ermöglicht es dem Draht, den Knochen weiter zu komprimieren, selbst nachdem er begonnen hat, vom Knochen absorbiert zu werden.

Nitinols Form kann unterhalb einer bestimmten Temperatur verändert werden; Beim Erhitzen springt es dann wieder in seine ursprüngliche Form zurück.Um einen Bruch zu fixieren, wird Nitinol gekühlt, gedehnt und um den gebrochenen Knochen gewickelt. Beim Erwärmen auf Körpertemperatur „erinnert“sich der Draht an seine ursprüngliche Länge. Es strafft sich um den Knochen herum und beginnt, die Fraktur stärker zu komprimieren, als dies durch einfaches Festziehen des Drahtes erreicht werden könnte.

In dieser Studie verwendeten die Forscher zylindrische Röhren, um Knochen darzustellen. Die Schläuche wurden an ein hydraulisches System angeschlossen, das die Position der Schläuche ändern konnte, um zu simulieren, was während einer sechswöchigen Frakturheilungsperiode passieren würde. In separaten Experimenten umwickelten die Forscher die Zylinder mit Edelstahldraht und mit Nitinol, um ihre Wirksamkeit beim Zusammenh alten der „Knochen“mit der richtigen Kompression zu vergleichen.

Der Nitinoldraht wurde auf 108 Prozent seiner Länge gedehnt, bevor er um die Zylinder gewickelt wurde. Anschließend wurde erhitzt. Als die Forscher die Zylinder langsam zusammen bewegten, um zu simulieren, was passieren würde, wenn der Draht in den Knochen wandert, straffte sich der Draht.Nitinol war immer noch in der Lage, nahezu das gleiche Kompressionsniveau zwischen den Zylindern aufrechtzuerh alten.

Die Forscher führten das gleiche Experiment mit Edelstahldraht durch. Als sich die Zylinder aufeinander zu bewegten, „verlor der rostfreie Stahl sofort seine Fähigkeit, den Bruch zusammenzudrücken“, sagte Litsky. Wenn der Knochen heilt, neigt Edelstahl dazu, sich zu lockern und verliert seine Fähigkeit, Druck auf den Knochen auszuüben.

"Edelstahl hält die Dinge dort, wo sie waren, während Nitinol die Teile eines gebrochenen Knochens zusammendrückt", sagte Litsky. "Wenn Sie einen Edelstahldraht verwenden und sich etwas löst, geht die Kompression auf die Fraktur verloren."

Bei der Verwendung von Nitinol zur Reparatur eines gebrochenen Knochens würde ein Chirurg die Frakturstelle mit Wasser spülen, das etwas kühler als Körpertemperatur ist, und dann einen vorgedehnten Nitinoldraht um die Bruchstelle wickeln. Nachdem sich der Draht erwärmt hatte, versuchte er, seine ursprüngliche Form wiederzuerlangen, und drückte dann den Knochen kontinuierlich wieder zusammen.

"Der Schlüssel zum Nitinol-Draht ist seine Fähigkeit, während der Heilung ein hohes Maß an Kompression auf den Knochen zu erreichen und aufrechtzuerh alten", sagte Litsky.

Litsky führte die Forschung im Labor für Orthopädische Biomaterialien im Staat Ohio mit Todd Ritzman durch, einem Studenten am College für Medizin und öffentliche Gesundheit des Staates Ohio; Brian Sears vom Grant Hospital in Columbus; und Ajay Seth, ein Orthopäde aus dem Bundesstaat Ohio.

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