Untersuchung der Nukleation und Strukturbildung von apatitischem Biomineral in zweidimensionalen und dreidimensionalen Osteoblastenzellkulturen sowie deren Beeinflussbarkeit durch mechanische Stimulation

Die Untersuchung der Biomineralbildung erfolgt mittels primärer Osteoblastenkulturen. Neben der zellbiologischen Analyse des in-vitro-Systems erfolgt insbesondere eine Charakterisierung von Zusammensetzung und dreidimensionaler Struktur der extrazellulären organischen Matrix mittels konfokaler Lasermikroskopie und Transmissionselektronenmikroskopie; diese zellulär synthetisierte bzw. modifizierte organische Matrix bildet das Gerüst für die Biomineralbildung. Die Kristallmorphologie und die Kristall-Matrix-Anordnung wird im Raster- und Transmissionselektronenmikroskop hochaufgelöst untersucht. Die Energie Dispersive Mikroanalyse liefert die Elementzusammensetzung von Vor-, Früh- und Reifestadien der Biominerale, während mit massenspektrometrischen Verfahren Sekundärionen Massenspektrometrie (SIMS) und Sekundärneutralteilchen Massenspektrometrie (SNMS) typische Molekülgruppen des Minerals und der organischen Matrix analysiert werden. Weitere Parameter wie der Mineraltyp, die Kristallgröße oder die Kristallgitterstörung werden elektronendiffraktiometrisch mit hoher lateraler Auflösung gewonnen. Durch die Analyse von zwei- und dreidimensionalen Zellkultursystemen soll der Einfluss der räumlichen Matrixkonfiguration auf die Mineralbildung und -struktur evaluiert werden. Darüber hinaus wird die Wirkung dynamischer mechanischer Stimuli auf das in-vitro-System und die Biomineralisation untersucht. Ein mechanisch belastetes dreidimensionales Zellkultursystem scheint der in-vivo vorherrschenden Situation am nächsten zu kommen. Vergleiche zwischen diesen Systemen werden gemeinsame Prinzipien aber auch von den jeweiligen Kulturbedingungen abhängige Unterschiede der Biomineralisation aufzeigen.

Drittmittelgeber:

DFG

Beteiligte Wissenschaftler:

Dr. Hans Peter Wiesmann, Dr. Dr. Ulrich Meyer, Prof. Dr. Dr. Dr. h.c. Ulrich Joos, Dr. Dieter Lipinsky, Prof. Dr. Heinrich Arlinghaus, Prof. Dr. Hans Jürgen Höhling

Veröffentlichungen:

Höhling H.J., Arnold S., Höhling J.M., Plate U., Wiesmann H.P.: Correlation between the distribution of nanometer sized apatitic paracrystalline particles and the acidic sites of phosphoproteins as apatitic nucleators in developing hard tissues.Mat-wiss u Werkstofftech 32, 149-153, 2001

Wiesmann H.P., Plate U.: Analytische Elektromenmikroskopie in der Biomineralisationsforschung, Bioforum, im Druck, 2001

Arnold S., Plate U., Wiesmann H.P., Kohl H., Höhling H.J.: Quantitative analysis of the biomineralzation of different hard tissues, J Microc. 202, 3, 488ff, 2001