Heilung von Knochenbrüchen im mechanobiologischen Modellierung: Eine Übersicht über Prinzipien und Methoden

Knochenbruch ist eine sehr häufige Körperverletzung. Der Heilungsprozess ist physiologisch komplex und umfasst sowohl biologische als auch mechanische Aspekte. Nach einem Bruch erfolgen Zellmigration, Zell-/Gewebedifferenzierung, Gewebesynthese sowie die Freisetzung von Zytokinen und Wachstumsfaktoren, die durch die mechanische Umgebung reguliert werden. In den letzten zehn Jahren wurden Simulationen und Modellierungen der Knochenerheilung eingesetzt, um die Details und Mechanismen zu verstehen, spezifische klinische Fragen zu untersuchen und Heilungsstrategien zu entwickeln. Ziel dieses Vorhabens ist es, die Geschichte und die aktuellsten Arbeiten zu Simulationen der Knochenerheilung zu überprüfen, wobei sowohl biologische als auch mechanische Eigenschaften betont werden. Daher bieten wir eine kurze Übersicht über die Biologie der Knochenbruchreparatur, gefolgt von einem Überblick über die wichtigsten Wachstumsfaktoren und mechanischen Faktoren, die sie beeinflussen. Anschließend vergleichen wir verschiedene Methoden der Simulation der Knochenerheilung, einschließlich konzeptioneller Modellierung (qualitative Modellierung der Knochenerheilung zur Verständnis der allgemeinen Mechanismen), biologischer Modellierung (unter Berücksichtigung nur der biologischen Faktoren und Prozesse) und mechanobiologischer Modellierung (unter Berücksichtigung sowohl biologischer Aspekte als auch der mechanischen Umgebung). Schließlich bewerten wir verschiedene Komponenten und klinische Anwendungen der Simulation der Knochenerheilung wie mechanische Stimuli, Phasen der Knochenerheilung und Angiogenese.