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

• Antragsteller: Professor Dr. Hans-Peter Wiesmann
• Fachliche Zuordnung: Zahnheilkunde; Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie
• Förderung: Förderung von 2001 bis 2006
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5315164

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 werden im Raster- und Transmissionselektronenmikroskop hochaufgelöst untersucht. Die Energiedispersive 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.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1117: Prinzipien der Biomineralisation
• Beteiligte Personen: Professor Dr. Heinrich Arlinghaus; Professor Dr. Hans-Jürgen Höhling; Professor Dr. Ulrich Joos; Dr. Dieter Lipinsky; Professor Dr. Ulrich Meyer