Einfluss der Mineralisation auf die Knochenqualität

• Antragsteller: Professor Dr. Björn Busse
• Fachliche Zuordnung: Orthopädie, Unfallchirurgie, rekonstruktive Chirurgie
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2012
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 169479535

Knochen setzt sich zu ca. 70 % aus einer anorganischen Komponente, dem Hydroxylapatit (Ca5[OH|(PO4)3]), und zu etwa 30 % aus einer organischen Komponente dem Kollagen Typ I zusammen. Kollagen Typ I ist ein fibrilläres Strukturprotein, das sich aus drei Proteinketten zusammensetzt und eine Tripelhelix bildet. Die von Osteoblasten synthetisierte extrazelluläre Matrix besteht zu ca. 90% aus Kollagen Typ I neben geringen Mengen des Kollagen Typ III, IV und X. Im Rahmen der Mineralisation wird aus Phosphat- und Calcium-Ionen erzeugtes Hydroxylapatit an Kollagenfasern angelagert. Beim Lamellenknochen verlaufen die Kollagenfibrillen schicht- bzw. schraubenartig, parallel dazu die eingelagerten Apatit-Kristalle. Dieser Aufbau und eine zusätzliche Fibrillen-Quervernetzung (cross links) verleihen dem Kollagen-Mineral-Komposit die mechanische Belastbarkeit mit hoher Zähigkeit und Festigkeit. Eine Denaturierung oder Schädigung der Kollagenphase führt zu signifikant niedrigeren Zähigkeitswerten. Dieses kann bei Knochenerkrankungen oder alterndem Knochen auch zu der Formation von Mikrorissen führen, die die mechanischen Kennwerte des Knochens senken und die Instabilität des Knochengewebes fördern. Das Ziel der Untersuchungen ist, die Zusammensetzung der Knochenmatrix in Relation zu Festigkeitsmerkmalen an humanen Proben mit Knochenalterationen zu analysieren. Dabei sollen die intrakortikale bzw. intratrabekuläre Morphologie und Beschaffenheit von Knochenstruktureinheiten, Kittlinienbegrenzungen und Mikrofrakturen als Einflussfaktoren geprüft und deren Auswirkung auf die Stabilität des Knochens beurteilt werden. Hierbei soll die Zusammensetzung von organischer und anorganischer Matrix bei Fällen mit metabolischen Osteopathien (Neurofibromatose Typ 1, Osteomalazie nach Hypovitaminose D, Morbus Paget) sowie an Fällen mit autologen Knochentransplantaten untersucht werden. Es ist zu prüfen, wie sich das Zusammenspiel von fibrillären Kollagen und mineralisierter Matrix durch Knochenerkrankungen, Störungen des Kalziumphosphat-Stoffwechsels und allogener Knochentransplantation verändert und damit Einfluss auf die Knochenqualität nimmt. Die Ergebnisse der Arbeit sollen dazu beitragen, Wirkmechanismen zu charakterisieren, die die Knochenstabilität unabhängig von der Knochenmasse im Knochenqualitäts- System fördern.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Robert O. Ritchie, Ph.D.