Themen und Projekte
Smarte Implantate
Die Werner Siemens-Stiftung fördert mit 8 Millionen Euro das Projekt "Smarte Implantate". Hier geht es um die Entwicklung neuer Implantate zur Knochenbruchheilung, sowie darüber hinaus um weiterführende biomechanische Fragestellungen, die mittels Computersimulationen und des Einsatzes künstlicher Intelligenz adressiert werden. Dazu gehören Simulationen der Heilung verschiedener Formen von Knochenbrüchen und die Optimierung von Implantat-Designs mittels neuer Werkstoffe wie z.B. Memorymetallen. Ziel ist es, Implantate zu entwickeln, die in der Lage sind, die Kräfte am Frakturspalt zu messen und sich autark so zu verformen, dass die Knochenheilung über eine Optimierung der Belastung am Knochenbruch verbessert wird.
- Projektbeschreibung auf der Website der Werner Siemens-Stiftung
- Ganse et al. Concepts and Clinical Aspects of Active Implants for the Treatment of Bone Fractures. Acta Biomater. 2022.
- Zimmer et al. An SMA-Based Multifunctional Implant for Improved Bone Fracture Healing. Proceedings of the ASME 2021 Conference on Smart Materials. SMASIS2021-67261.
Muskuloskelettale Immobilisation und Raumfahrt
Muskel- und Knochenabbau sind nicht nur für immobile Patienten von großer gesundheitlicher Relevanz, sondern spielen auch in der Raumfahrt eine Rolle. Vor allem für Langzeitmissionen, z.B. zum Mars, sind entsprechende Gegenmaßnahmen ein wesentliches Thema. Neben Trainingsmethoden werden derzeit die Anwendung künstlicher Gravitation über Zentrifugen und muskuläre Elektrostimulation für den Einsatz in der Raumfahrt getestet. Prof. Bergita Ganse ist mit Experimenten an großen, internationalen Studien der führenden Raumfahrtorganisationen beteiligt. Zuletzt hat sie in der AGBRESA-Bettruhestudie die neuromuskuläre Interaktion untersucht. Im Jahr 2019 hat sie zusammen mit Kollaborationspartnern in Italien, Großbritannien, den Niederlanden und der Schweiz ein ISS-Experiment eingeworben, in dem die Effektivität muskulärer Elektrostimulation an den Raumfahrenden untersucht werden soll. Aktuell ist zudem ein Forschungsprojekt mit der ESA in der Antarktis dazu gekommen. Hier sollen Muskel- und Knorpelveränderungen an Menschen, die völlig von der Außenwelt abgeschnitten in der Concordia-Station überwintern, untersucht werden. Drittmittel der deutschen Raumfahrtagentur im DLR ermöglichen diese Forschung.
Aktuelle Veröffentlichungen:
- Hendrickse et al. Capillary rarefication during bed rest is proportionally less than fibre atrophy and loss of oxidative capacity. J Cachexia Sarcopenia Muscle. 2022
- Ganse et al. Joint Cartilage in long-duration spaceflight. Biomedicines 2022;10(6):1356.
- Ganse et al. Sixty days of head-down tilt bed rest with or without artificial gravity do not affect the neuromuscular secretome. Exp Cell Res. 2021;399:112463.
Der körperliche Leistungsabfall im Alterungsprozess
In der alternden Bevölkerung spielt der Erhalt der körperlichen Belastbarkeit bis ins hohe Alter eine wichtige Rolle. Wir untersuchen die Abnahme der Leistungsfähigkeit an Sportlern aller Altersklassen und versuchen Faktoren zu identifizieren, die den Abfall verlangsamen. Dazu führen wir zum einen Studien an großen, longitudinalen Datensätzen mit Jahresbestleistungen von Seniorensportlern durch. Hier verwenden wir Big Data-Methoden und optimieren mittels KI die Vorhersage des individuellen Verlaufs, um wesentliche Faktoren für den Leistungsabfall zu identifizieren. Zum anderen sammeln wir Daten in unserem Bewegungslabor, wie auch bei Feldstudien im Rahmen großer internationalen Sportereignisse, wie zum Beispiel bei den Senioren-Leichtathletik-Weltmeisterschaften, den Master British Open (Tennis) oder den Senioren-Weltmeisterschaften im Bahnradfahren.
Aktuelle Veröffentlichungen:
- Ganse et al. Acceleration of longitudinal track and field performance declines in athletes who still compete at the age of 100 years. Front Physiol. 12:730995. doi: 10.3389/fphys.2021.730995
- Hoog Antink et al. Learning from Machine Learning: prediction of age-related athletic performance decline trajectories. GeroScience. 2021;43(5):2547-2559.
- Hoog Antink et al. Longitudinal master track and field performance decline rates are lower and performance is better compared to athletes competing only once. J Gerontol A Biol Sci Med Sci. 2021;76(8):1376-1381.
