A multiscale approach to understand bone damage and fracture
- Reference number
- IB13-0021
- Start and end dates
- 140901-190831
- Amount granted
- 6 000 000 SEK
- Administrative organization
- Lund University
- Research area
- Life Science Technology
Summary
When bone is affected by osteoporosis, its strength diminishes and it becomes prone to fractures. Something in our engineering understanding of bone as a material and the medical understanding of osteoporosis is lacking. We need to comprehend the damage and failure mechanisms in bone as an organ, tissue and material, to enable development of sophisticated methods for improving fracture risk assessment in osteoporosis. The project offers a unique approach to multidisciplinary bone research by imaging and mechanical characterization of damage and fracture mechanisms at multiple length scales, which serves as ground for development of patient specific computational models of bone damage and fracture mechanics. The result is a clinically feasible tool to assess bone strength and fracture risk more accurately than what is possible today, improving the diagnostics of osteoporosis. Further, it provides groundbreaking micro- and nanoscale assessment of bone structure and deformation under loading, the resulting damage mechanisms and fracture behavior. Hence, the project approaches a well defined clinical problem from a basic engineering and medical perspective. It takes a systematic- and unique approach to all areas, which is believed to be necessary to bring the research forward towards improved personalized medical care. The key novelty is the intelligent combination, integration and validation of techniques to arrive at a rational engineering approach on bone damage and fracture.
Popular science description
Benskörhet är en mycket vanlig sjukdom som resulterar i en ökad risk för frakturer. Tyvärr ökar antalet benskörhetsfrakturer ständigt. Benskörhet är definierad som låg bentäthet, dvs låg benmassa, och man räknar med att ca 40% av alla kvinnor över 50 år kommer att få en benskörhetssrelaterad fraktur som leder till behandling på sjukhus. I dag diagnostiseras sjukdommen främst genom att mäta bentätheten med hjälp av dubbel fotonabsorptiometri (DXA) på höften eller ryggraden. Men, enbart bentäthet ger inte rillräcklig information för att förutsäga vem som kommer drabbas av höftfrakturer. Därför behövs ökad förståelse för vilka aspekter i skelettet som påverkar benets förmåga att ta upp belastning och dess motstånd till fraktur. Väl karakteriserade samband mellan benets geometri och struktur samt hur benet deformeras under belastning kan leda till förbättrad förståelse av benets skade mekanismer och benfrakturer, och leda till förbättrade metoder för diagnostik av benskörhet. Projektet angriper benforskning på ett unikt och multidisciplinärt sätt genom att kombinera bildbehandling med mekanisk analys av skador och frakturer i vävnaden på flera längdskalor (från hela benet ner till materialets byggstenar). Resultatet blir en kliniskt användbar metod för att estimera benstyrka och frakturrisk mera noggrant än vad som är möjligt idag. Med en ökad precision i bedömningen av frakturrisken hos en patient kan bättre diagnostik och behandling av osteoporos tillämpas. Dessutom bidrar projektet till en helt ny uppskattning, på mikro- och nanoskala, av benets struktur, hur det deformeras när det belastas, de resulterande brottmekanismerna och benets frakturbeteende. Projektet kommer även utröna hur benets förmåga att uppta belastning utan att frakturers påverkas med ålder och hos patienter med benskörhet.