Am Freitag, dem 02. Oktober 2026, 15:15 Uhr, HS1, IfPh, findet die Verteidigung der Dissertationsarbeit von Laura Lembcke (Experimentelle Physik, AG Prof. Dr. Speller, AG Prof. Dr. Krämmerer, Universitätsmedizin Mainz) zum Thema “Elektrische Stimulation als biophysikalischer Regulator zellulärer Prozesse in vitro” als Hybrid-Veranstaltung statt.
Anmeldungen für eine Online-Teilnahme bitte unter: verteidigungen.physikuni-rostockde bis 01.10.2026
Abstract
This work was conducted as part of the CRC 1270 ELAINE, which focuses, among other things, on the development of electrically active implants for critical bone defects in the lower jaw.
A physically well-characterized system for low-frequency electrical stimulation using sinusoidal alternating current was developed and validated. The implant-associated system generated heterogeneous electric field distributions, while continuous voltage measurements enabled the calculation of current, impedance, phase angle, and cellular electric field exposure.
At 20 Hz, the system showed voltage-dependent nonlinear behavior, whereas scaling was nearly linear at 1 kHz. A biologically stable stimulation range was identified, with most of the exposure area below 5 Vm⁻¹ and relevant fractions between 5 and 15 Vm⁻¹. Within this range, osteogenic and stress-associated responses were modulated in human mesenchymal stem cells from two tissue sources without consistent impairment of metabolic activity or proliferative capacity. Effects at 1 kHz were largely absent.
The findings support the preclinical development of electrically active implants for mandibular bone regeneration.
Zusammenfassung
Diese Arbeit wurde im Rahmen des SFB 1270 ELAINE durchgeführt, das sich unter anderem mit der Entwicklung elektrisch aktiver Implantate für kritische Knochendefekte im Unterkiefer befasst.
Dafür wurde ein physikalisch definiertes System zur niederfrequenten elektrischen Stimulation mit sinusförmigem Wechselstrom entwickelt und validiert. Das implantatnahe System erzeugte heterogene elektrische Feldverteilungen. Kontinuierliche Spannungsmessungen ermöglichten die Bestimmung von Strom, Impedanz, Phasenlage und zellnaher elektrischer Feldexposition.
Bei 20 Hz zeigte das System ein spannungsabhängiges nichtlineares Verhalten, bei 1 kHz dagegen eine nahezu lineare Skalierung. Ein biologisch stabiles Stimulationsfenster wurde identifiziert, in dem der größte Flächenanteil unter 5 Vm⁻¹ und relevante Anteile zwischen 5 und 15 Vm⁻¹ lagen. In diesem Bereich wurden osteogene und stressassoziierte Reaktionen in humanen mesenchymalen Stammzellen aus zwei Gewebequellen moduliert, ohne die metabolische Aktivität oder Repopulationsfähigkeit konsistent zu beeinträchtigen. Bei 1 kHz blieben Effekte weitgehend aus.
Die Ergebnisse unterstützen die präklinische Entwicklung elektrisch aktiver Implantate zur mandibulären Knochenregeneration.
Alle Interessenten sind herzlich eingeladen!