Im Spine Lab wird mit modernsten wissenschaftlichen Methoden experimentelle Forschung an der Wirbelsäule betrieben. Dabei werden Grundlagenthemen, sowie aktuelle biomechanische Fragen aus der Klinik untersucht und beantwortet.

Im Balgrist Campus befindet sich das Spine Lab. Es ist ein Forschungslaboratorium in dem sich verschiedene Testmaschinen und diverse weitere Infrastruktur für experimentelle, biomechanische Forschung befinden. Die Maschinen sind mit im Balgrist-Campus entwickelten Testaufbauten ausgestattet, die es erlauben diverse mechanische Belastungstests an Wirbelsäulen durchzuführen. Projekte im Spine Lab werden oft in interdisziplinärer Zusammenarbeit von Ärzten aus der Wirbelsäulenchirurgie des Balgrists und Forschern der ETH Zürich aus dem Campus durchgeführt.

Mechanische Charakterisierung von Wirbelsäulen

In einer Grossstudie wurden Wirbelsäulensegmente von 30 menschlichen Kadavern vermessen und mechanisch charakterisiert. Es handelt sich dabei um eine der grössten, je durchgeführten, Kadaverstudien an Wirbelsäulensegmenten, die die aktuelle Datengrundlage erheblich verbessern wird. Die Ziele der Studie sind vielfältig. Beispielsweise ist die Bestimmung mechanischer Daten der Weichteilstrukturen für den Aufbau und die Validierung von patientenspezifischen, biomechanischen Computersimulationen unerlässlich. Da im Balgrist Campus in diversen Projekten an der Entwicklung solcher Simulationen gearbeitet wird, stellen diese Daten wichtige Parameter im Aufbau der Modelle dar. Ein weiteres Ziel der Studie ist, das Verständnis für die verschiedenen Wirbelsäulenstrukturen deren Einfluss auf degenerative Veränderungen zu vertiefen.  Aktuell noch unbeantwortete Grundlagenfragen werden damit untersucht und der weltweiten Wissenschaft zur Verfügung gestellt. 

Zyklische Langzeittests von Pedikelschrauben

Eine in der Wirbelsäulechirurgie oft auftretende Komplikation nach der Durchführung einer Spondylodese ist das sogenannte «Screw Loosening», das vorallem in osteoporotischen Patienten eine Problematik darstellt. Durch die Alltagsbelastung ermüdet der um die Schraube liegende Knochen, wobei sich diese allmählich im Wirbelkörper zu lockern beginnt. Im Spine Lab wurde ein Verfahren entwickelt in dem Schrauben im Wirbelkörper unter Langzeitbelastung getestet werden können um so Ideen für neue und optimierte Schraubentrajektorien experimentell testen zu können. Dabei wird die Schraube unter physiologischer Belastung mit bis zu 1.8 Millionen Zyklen belastet. Die Lockerung der Schrauben kann so quantifiziert und für verschiedene Schraubentrajektorien charakterisiert werden.   

Analyse operativer Instrumente und operative Eingriffe

Ein weiteres Forschungsgebiet des Spine Labs sind Analysen operativer Instrumente. Zum Beispiel wurde der Effekt von sogenannten «Crosslinks» quantifiziert. Crosslinks sind horizontale Verstrebungen, die zwischen die Vertikalstangen einer dorsalen Instrumentierung geschraubt werden und so die Steifigkeit einer Spondylodese verbessern sollen. Dafür wurden Wribelsäulensegmente in eigens dafür entwickelten 3D-gedruckten, anatomiespezifischen Halterungen eingespannt und die Steifigkeit der Konstrukte mit und ohne Crosslinks in alle Belastungsrichtungen mit Hilfe eines Motion-Tracking-Systems präzise gemessen. Es zeigte sich, dass die Crosslinks zwar eine kleine Verbesserung der Stefifigkeit erreichen, diese aber nicht von klinischer Relevanz ist. Dies zeigt wie Forschung im Spine Lab direkten Einfluss auf den klinischen Alltag der Wirbelsäulenchirurgie nehmen kann.