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BayWISS-Kolleg Gesundheit www.baywiss.de

Projekte im Verbundkolleg Gesundheit

© eliola, Pixabay

Modellierung und Simulation von Knochenumbauprozessen

Für die Heilung eines Knochenrisses müssen Osteoblasten, also Zellen, die für die Bildung von neuem Knochengewebe zuständig sind, zur betroffenen Stelle wandern. Wie wird der Knochendefekt von diesen Zellen detektiert und kann der Heilungsvorgang ggf. begünstigt werden?

Betrachtet man einen im Knochen befindlichen Riss, bildet sich um die Rissspitze ein elektrisches Feld aus, wenn auf den Knochen ein Spannungsgradient z.B. durch Biegung aufgebracht wird. Dieses elektrische Feld ist an der Rissspitze am stärksten ausgeprägt und nimmt mit zunehmendem Abstand ab. Die Osteoblasten unseres Körpers können dieses elektrische Feld detektieren, woraufhin sie an die betroffene Stelle wandern und den Heilungsprozess beginnen. Dieses Verhalten ist dem flexoelektrischen Effekt zu verdanken, der bereits experimentell an Knochen am Institut Catalá de Nanociència i Nanotecnologia nachgewiesen werden konnte. Unter Flexoelektrizität versteht man im Allgemeinen die Fähigkeit von gewissen Materialien unter einer inhomogenen Deformation eine Polarisationsänderung hervorzurufen und ein elektrisches Feld auszubilden.

Ziel des Vorhabens ist es, Knochenumbauprozesse, insbesondere bei einer Fraktur, unter Berücksichtigung des flexoelektrischen Effekts möglichst realitätsnah mit Hilfe der Finite Elemente Methode zu modellieren und zu simulieren. Dabei ist es von besonderem Interesse, in wie weit das Aufbringen einer gezielten Belastung z.B. durch therapeutische Maßnahmen unter Umständen die Knochenheilung beschleunigen und damit begünstigen könnte.

MITGLIED IM KOLLEG

seit

Betreuerin Technische Hochschule Nürnberg:

Prof. Dr.-Ing. Areti Papastavrou

Forschungsschwerpunkt:

  • Computergestützte Biomechnaik

Betreute Projekte:

Betreuer Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg:

Prof. Dr.-Ing. Paul Steinmann

Mechanik aus Leidenschaft:
Der Lehrstuhl für Technische Mechanik besteht aus der Professur für Kontinuums­mechanik, der Professur für Strukturmechanik sowie der Arbeitsgruppe Numerische Mechanik. Die Professuren und die Arbeitsgruppe umfassen sowohlin der Lehre als auch in der Forschung jeweils ein Teilgebiet der Technischen Mechanik. Die Technische Mechanik ist ein ingenieurwissenschaftliches Grundlagenfach mit starker Veran­kerung und Vernetzung im Maschinenbau, das sich allgemein mit der Modellierungund Simulation von technologisch rele­vanten Materialien, Prozessen und Systemen beschäftigt.

Forschungsschwerpunkte:

  • Biomechanik
  • Multiskalenmechanik
  • Materialmechanik

 

Betreute Projekte:

Anna Titlbach

Anna Titlbach

Technische Hochschule Nürnberg

Koordination

Treten Sie mit uns in Kontakt. Wir freuen uns auf Ihre Fragen und Anregungen zum Verbundkolleg Gesundheit.

Dr. Sabine Fütterer-Akili

Dr. Sabine Fütterer-Akili

Koordinatorin BayWISS-Verbundkolleg Gesundheit und BayWISS-Verbundkolleg Ökonomie

Universität Regensburg
Zentrum zur Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses
Universitätsstraße 31
93053 Regensburg

Telefon: +49 941 9435548
gesundheit.vk@baywiss.de