Mikrotomographie, strukturelle, chemische und morphologische Analyse von gesunden und osteoporotischen Knochenstrukturen um biofunktionalisierte Titanimplantate

• Antragsteller: Professor Dr. Dieter Scharnweber
• Fachliche Zuordnung: Beschichtungs- und Oberflächentechnik
• Förderung: Förderung von 2006 bis 2014
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 29590695

Projektziel ist die Kombination von quantitativer Synchrotron-Mikrocomputertomographie (SR¿CT), Röntgenkleinwinkelstreuung (SAXS), Fourier-Transform Infrarot (FTIR)- Spektroskopie, Hartschnitt-Histologie und Immunhistochemie zur umfassenden Analyse der Struktur der Mineralphase des Knochens in den hierarchischen Strukturebenen vom mm-Bereich bis in den Bereich chemischer Bindungen in einem osteoporotischen Tiermodell einschließlich Hormonersatztherapie. Bewertet werden sollen sowohl um mit Komponenten der extrazellulären Matrix biofunktionalisierte Titanimplantate neu gebildetes Hartgewebe als auch der ortsständige Knochen. Als Vergleich dienen unbeschichtete Implantate. Inhalt der Arbeiten zur SR¿CT ist es, durch Entwicklung von softwaregestützten Auswerte- und Filteralgorithmen innerhalb der Mineralphase mit hoher Ortsauflösung Dichteunterschiede zu lokalisieren und zu quantifizieren. Mit Hilfe von SAXS- und FT-IR-Untersuchungen soll, basiert auf SR¿CT-Daten für ausgewählte Bereiche der untersuchten Explantate als Funktion der Zustände ¿gesund¿, ¿osteoporotisch¿ und ¿osteoporotisch-hormonersatzbehandelt¿ sowie der Biofunktionalisierung der Implantate, die Nahordnung und chemische Zusammensetzung des Knochenminerals zweidimensional ortsaufgelöst analysiert werden. Die immunhistochemische Analyse dient der Charakterisierung der Qualität und Quantität der zellulären Reaktion auf die Implantate unter den verschiedenen biologischen Voraussetzungen. Aus der zusammenhängenden Untersuchung und Bewertung der lokalen Mineraldichte und struktureller wie chemischer Eigenschaften der Mineralphase als Funktion des systemischen Zustandes der untersuchten Tiere wie der biochemischen Oberflächeneigenschaften der Modellimplantate werden neue Erkenntnisse zur Osteointegration biofunktionalisierter Titanimplantaten bei normaler sowie gestörter Knochenregeneration erwartet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Personen: Professor Dr. Stefan Rammelt; Professor Dr.-Ing. Hartmut Worch