Chirurgische schroeven uit beenderen

Biomechanici van de Technische Universität Graz ontwikkelden samen met Surgebright, een startup uit Linz, chirurgische schroeven uit menselijke donorbeenderen voor de voet- en kaakchirurgie.

Als beenderen met medische hulp weer moeten samengroeien, kiezen chirurgen al decennia metalen schroeven, meestal uit titanium of roestvast staal. Het lichaam beschouwt deze metalen schroeven als vreemde lichamen en vaak moet ze weer operatief worden verwijderd.

Oostenrijkse orthopeden ontwikkelden een alternatief voor de orthopedie en ongevalschirurgie: de 'Shark Screw, vervaardigd uit het bijzonder compacte en harde middengedeelte van het menselijk dijbeen.

Het voordeel van de schroef uit donorbeen is dat een tweede operatie voor het verwijderen van het metaal vervalt, omdat het donormateriaal volledig met het helende been samengroeit. Het transplantaat is na ongeveer een jaar niet meer op een röntgenbeeld zichtbaar. Bovendien herkent het lichaam de schroef als lichaamseigen stof en is de kans op injectie en complicaties kleiner.

Voor voet- en kaakchirurgie

Surgebright en de TU Graz ontwikkelen nu nieuwe prototypen van de benen schroef voor de voet- en kaakchirurgie. Ze moeten de benen schroef voor toepassing in de voet- en kaakchirurgie opnieuw bedenken en wille prototypen voor beide toepassingen ontwikkelen.

Voor kaakoperaties zijn zo klein mogelijk schroeven (zo'n 20 mm lang) nodig, die echter grote belastingen aan moeten kunnen. In vergelijking met zijn grootte is de kaakspier de sterkste spier in het menselijk lichaam. In de voetchirurgie zijn de schroeven groter (40-60 mm lang), maar ook deze staan aan grote krachten bloot.

Het draadontwerp van de schroeven heeft een grote invloed op de buig- en schuifsterkte en het breekmoment. Als eerste stap moeten de onderzoekers deze krachten in het voet- en kaakbeenskelet door metingen in het laboratorium en door simulaties biomechanisch bepalen en begrijpen. Zijn de parameters voor de optimale sterkte van de schroef gedefinieerd, zoals de vorm en de binnen- en buitendiameter van de schroefdraad, dan kunnen werkelijke test van de schroeven naar bekende normen plaatsvinden.

Er is een groot verschil of men met een metallische schroef of met een schroef uit biomateriaal werkt. De mechanische principes zijn hetzelfde, maar de ontwerper moet er bijvoorbeeld rekening mee houden dat het donorbeen bij de sterilisatie iets krimpt en twee uur na de operatie in het lichaam weer opzwelt en elastischer wordt. De onderzoekers voeren dan ook tests uit in zowel droge als gerehydreerde toestand uit.

Voorselectie van het donormateriaal

Beslissend is ook het uitgangsmateriaal. De donorbeenderen zijn afkomstig van orgaandonoren en mogen pas naar strenge selectieprocedures en serologische screenings worden gebruikt. Niet elk donorbeen is geschikt voor de productie van elke benen schroef. Doorslaggevend is de grote van de kanalen van Havers, de kanalen die bloedvaten en zenuwbanen door het midden van het been voeren. De bases voor de voorselectie van het beenmateriaal wordt met een elektronenmicroscoop onderzocht.