Hartgewebsbildung

Unsere Forschungsgruppe beschäftigt sich generell mit den ersten, stabilen Mineralphasen verschiedener Hartgewebe und deren Wachstum und Reifung zu morphologisch beschreibbaren Kristalliten in der extrazellulären Matrix von mineralisierenden Geweben an tierexperimentellen Mineralisationsmodellen und an mineralisierenden in vitro-Systemen (Wachstumsfugenknorpel der Ratte, Kalvariaknochen der Ratte, Alveolarknochen der Ratte, Zahnhartgewebe des Rattenmolaren und -inzisoren, mineralisierende Sehne der Pute, kultivierte Knochenzellen aus Rinderperiost, Zahnkeimorgankultur). Dabei steht die Wechselwirkung der verschiedenen Kalziumphosphatphasen mit den "aktiven, mineralkeimbildenden Zentren" (polare Gruppen von Aminosäureresten) der organischen Substanz (kollagene Fibrillen und nicht-kollagene Proteine der Grundsubstanz sowie der Matrixvesikel) im Vordergrund. Für die Bestimmung des topographischen Verteilungsmusters und die Messung verschiedener Elementkonzentrationen in den Hartgeweben wird eine energiedispersive- und eine wellenlängendispersive Elektronenstrahlmikrosonde (elektronenstrahlinduzierte Röntgen-emissionsspektrometrie) für Mikrobereichsanalysen intra- und extrazellulärer Kompartimente eingesetzt. Ferner werden eine große Bandbreite weiterer analytischer Verfahren verwendet, wie Atomabsorptionsspektrometrie (AAS), Lasermikromassen-spektrometrie (LAMMA), Plasma-emissionsspektrometrie (PES), protoneninduzierte Röntgenemissionsspektrometrie (PIXE), Röntgenbeugungsspektometrie (XRD), Sekundär-ionenmassenspektrometrie (SIMS), Elektronenenergieverlustspektrometrie (EELS) und Elektronenbeugungsspektrometrie (ESD), die spezifische Aussagen über die Kristallgitterstrukturen, die Elementkonzentrationen und die Elementverteilungen erlauben sowie im begrenzten Ausmaß auch geometrische Messungen an organisch-parakristallinen Molekülen (z.B.: Kollagen) ermöglichen. Im weiteren arbeiten wir mit einer innovativen Mikroskopiertechnik und einer Auflösung auf atomarer bzw. molekularer Ebene (im Bereich unter 1 nm). Das "Atomic force" - Mikroskop ist eine Weiterentwicklung des Rastertunnelmikroskop und erlaubt bei einer Vergrößerung von bis zu 2 x 106 eine Oberflächendarstellung der molekularen Konfiguration von isolierten, einzelnen Molekülen (z.B. der Tertiärstruktur und Quartärstruktur von Proteinen) oder auch von nativen Molekülverbänden in biologischen Geweben. In Kombination mit dem hochauflösenden Rasterelektronenmikroskop und dem konfokalen Laserscanningmikroskop, das "optische Schnitte" durch unfixiertes, frisches Gewebe erlaubt, ist zu erwarten, daß man bald neue Einblicke in die Struktur zellulärer und extrazellulärer Kompartimente im Bereich zwischen molekularer und zytologischer Ebene gewinnen kann.

Beteiligte Wissenschaftler:

Dr. S. Arnold (Physikalisches Institut), Prof. Dr. H.J. Höhling (Institut für Medizinische Physik und Biophysik), Prof. Dr. Dr. Dr U. Joos (Klinik und Poliklinik für MKG-chirurgie), Dr. U. Plate (Physikalisches Institut), HD Dr. U. Stratmann (Leiter), Dr. T. Szuwart, Dr. H.P. Wiesmann (Klinik und Poliklinik für MKG-chirurgie), Dr. Dr. H.D. Szulczewski (Klinik und Poliklinik für MKG-chirurgie)

Veröffentlichungen:

Stratmann, U., K. Schaarschmidt, H.P. Wiesmann, H.J. Höhling: The mineralisation of mantle dentin and of circumpulpal dentin in the rat: An ultrastructural and element-analytical studyAnatomy and Embryology, 195, 289-297, 1997

Wiesmann, H.P., T. Tkotz, U. Joos, K. Zierold, U. Stratmann, T. Szuwart, U. Plate, H.J. Höhling: Magnesium in newly formed dentin mineral of rat incisorJournal of Bone and Mineral Research, 12, 380-383, 1997

Höhling, H.J., U. Stratmann, H.P. Wiesmann, U. Plate: Analysis of a general principle of crystal nucleation and formation in different hard tissuesAdvances of Dental Research, 11, 462-466, 1997

Plate, U., S. Arnold, U. Stratmann, H.P. Wiesmann, H.J. Höhling: General principle of ordered apatitic crystal formation in enamel and collagen rich hard tissuesConnective Tissue Research, 38, 149-157, 1998

Wiesmann, H.P., L. Chi, U. Stratmann, U. Plate, H. Fuchs, U. Joos, H.J. Höhling: Sutural mineralization of rat calvaria characterizated by atomic force microscopy and transmission electron microscopyCell and Tissue Research, 294, 93-97, 1998

Jerosch, J., E.T. Peuker, T.J. Filler: Robodoc. Steinkopfverlag, in Jerosch J, Nicol K: Computer gestützte Verfahren in Orthopädie und Traumatologie, ISBN: 3-7985-1163-2, 1999