Biomineralisation und Knochenphysiologie
Entwicklung hartgewebsähnlicher Matrizen als Implantat-Coatingmaterial mit postimplantärer
Ausbildung apatitischer Biominerale
Extrazelluläre Matrix Bestandteile wie Kollagene, Phosphoproteine, Proteoglykane, Glycoproteine bilden
die organische Matrix für die Biomineralisierung von Hartgewebe. Untersuchungen mit der
energiefilternden Transmissionselektronenmikroskopie an ultradünnen in vivo und in vitro Proben haben
gezeigt, dass die ersten Mineralbildungen apatitische Ca-Phosphat-Stränge, aufgebaut aus
Nanome terpartikeln, darstellen. Feinbereichsbeugungs-Untersuchungen haben ergeben, dass sie mit der
bipolaren Apatit-c-Achse parallel zu den Strängen der fibrillären Matrixproteine verlaufen. Die
in vitro hergestellten hartgewebsähnlichen Matrizen und deren Mineralisierung soll reproduzierbar,
d.h. mit bekannten Größen (Konzentration, chemische Bindung) vollzogen werden. Morphologische
Untersuchungen mit unterschiedlichen mikroskopischen Verfahren (EFTEM, REM, AFM,
Fluoreszenzmikroskopie) und kristallstrukturbestimmende Untersuchungen mit unterschiedlichen
Beugungsverfahren (ESD, Röntgenbeugung) dienen dabei als Analysemethoden. Quantitative Aussagen
über den Gehalt der apatitischen Biominerale werden mit der auf anderen Gebieten in der Biochemie
etablierten Quarzkristallmikrowaagenmethode (QCM) gemacht. Durch die beschriebenen Methoden lassen sich
aus einer definierten organischen Matrix sogenannte “apatitische Biominerale“ herstellen. Diese
weisen eine hohe Biokompatibilität im Hartgewebe auf und sollen als Implantat-Coatingmaterial
verwendet werden. Nach Einbau des Implantats in den Knochen kontaktiert diese Oberfläche den
umgebenden Knochen und induziert nach Zugabe von Ca- und Phosphationen die Ausbildung
nanometergroßer apatitischer Biominerale. Die nanometergroßen apatitischen Biominerale induzieren
dann, vergleichbar der nativen Ausbildung apatitischer Hartgewebe, eine weitere heterogene Nukleation und
Reifung apatitischer Biominerale. Mittelfristig wird hierbei von uns durch ein gesteuertes
knochenähnliches Wachstum auf der Implantatoberfläche eine biokompatible Involvierung dieser
Oberfläche und damit auch des Implantats in den umgebenden Knochen in recht kurzen
Zeitabständen angestrebt.
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