Biomechanische Forschung für bessere Implantatversorgung in der Orthopädie

Welche Kräfte wirken auf ein Hüftimplantat? Wie beeinflussen verschiedene Knieprothesen das Gangbild? Welchem Verschleiß unterliegt ein Implantat? Diese und viele weitere Fragen rund um den künstlichen Gelenkersatz untersucht der Forschungsbereich Experimentelle Orthopädie an den Waldkliniken in Eisenberg unter der Leitung von Matthias Woiczinski. Der Spezialist für Biomechanik wurde im vergangenen Wintersemester auf die neu eingerichtete Professur für Experimentelle Orthopädie an der Medizinischen Fakultät Jena berufen.

„Die unmittelbare Anbindung an die orthopädische Klinik ist zentral für unsere Forschung“, sagt der 42-Jährige. „Wir nehmen die sich aus der klinischen Praxis ergebenden Fragen mit ins Labor, um mit den dort erarbeiteten Antworten zu einer Verbesserung der orthopädischen Versorgung beitragen zu können.“ Dabei greift sein Forschungsteam auf ein breites Methodenspektrum zurück, zu dem zum Beispiel Kinematoren gehören, mit dessen Hilfe die Bewegungsparameter von Knie- oder Schulterimplantaten in einer wirklichkeitsgetreuen Gelenkumgebung analysiert werden können. Aber auch Bewegungsanalysen, in-vitro-Untersuchungen und Simulationsrechnungen führt das Forschungsteam durch.

Kombination experimenteller und numerischer Verfahren

Der gebürtige Münchner absolvierte in seiner Heimatstadt ein Studium zum Diplomingenieur für Medizintechnik. Als wissenschaftlicher Mitarbeiter im Labor für Biomechanik und Experimentelle Orthopädie des Klinikums Großhadern entwickelte er im Rahmen seiner Dissertation ein numerisches Modell zur Analyse der Beugebewegungen von künstlichen Kniegelenken. Im Mittelpunkt seiner Habilitation standen Berechnungsmodelle, die zum Beispiel die Auswirkungen der genauen räumlichen Lage des Implantats auf Beweglichkeit und Verschleiß simulieren. Zuletzt leitete Matthias Woiczinski die Arbeitsgruppe für Biomechanik und Schadensanalyse im Muskuloskelettalen Universitätszentrum München und führte dabei zahlreiche experimentelle wissenschaftliche Studien durch.

„Im Mittelpunkt unserer Versuche und Berechnungen steht die Frage, welches Implantat für die jeweilige Patientin oder den Patienten am geeignetsten ist und wie genau es positioniert sein sollte“, betont er. Ein Forschungsprojekt seines etwa zehnköpfigen Forschungsteams am Campus Eisenberg simuliert unter anderem vor der Operation die Kräfte und Bewegungsfähigkeit des Gelenkersatzes. „Bei Hüftprothesen sind auch die relativen Rutschbewegungen zwischen Implantat und Knochen relevant – sie beeinflussen das Einwachsen des Implantats in den Knochen“, so Woiczinski.

Sein Team untersucht zudem, wie Kunststoffabrieb der Implantate sich langfristig schädlich auf die umliegenden Knochen auswirken kann. In einer Prüfmaschine kann es sie jahrelange Belastung von künstlicher Gelenke nachbilden und analysieren. Zusammen mit der Orthopädie sind auch klinische Studien in der Planung. Wichtige Kooperationspartner sind neben der Orthopädie die Anatomie, die Unfallchirurgie und natürlich die Entwicklungsabteilungen von Medizintechnikunternehmen. Den Studierenden bringt Professor Woiczinski in Seminaren und Praktika die biomechanische Belastung der Implantate nahe. Am natürlichen Vorbild, so weiß er, muss sich die Endoprothetik messen lassen: „Die Implantate sollen dem gesunden Gelenk in seiner Funktion und Haltbarkeit so nah wie möglich kommen.“