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Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2012)

23.10. - 26.10.2012, Berlin

Strukturuntersuchungen an biologischen Materialien mit Hilfe der Nanotomografie

Meeting Abstract

  • presenting/speaker Anke Bernstein - Department Orthopädie und Traumatologie, Universität Freiburg, Muskuloskelettales Forschungslabor, Freiburg, Germany
  • Robert Magerle - TU Chemnitz, Chemische Physik, Chemnitz, Germany
  • Norbert P. Südkamp - Albert-Ludwigs-Universität, Universitätsklinikum Freiburg, Department Orthopädie & Traumatologie, Freiburg, Germany
  • Hermann O. Mayr - OCM Klinik, Orthopädische Chirurgie, München, Germany

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2012). Berlin, 23.-26.10.2012. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2012. DocGR13-1623

DOI: 10.3205/12dkou436, URN: urn:nbn:de:0183-12dkou4369

Veröffentlicht: 2. Oktober 2012

© 2012 Bernstein et al.
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Gliederung

Text

Fragestellung: Ziel der Studie ist die räumliche Abbildung von Knochen und Bändern hinsichtlich deren Struktur auf der Nanometerskala. Die Nanotomografie (dreidimensional Volumenbabbildungsmethode) erlaubt diese Abbildung und Quantifizierung von Strukturdetails.

Methodik: Material und Methode:

Es wurden humane Knochenproben aus dem Femur verwendet. Die Probengröße betrug 15x10x 1 mm. Für die Analyse der Ultrastruktur von Bändern dienten bovine Präparate mit identischen Abmessungen. Für die hochauflösende Volumenabbildung von Knochen und Bändern mittels Rasterkraftmikroskopie (Nanotomographie) wurden geeignete Präparations- und chemische Ätztechniken entwickelt, die es erlauben, von nativen Knochen/Bändern dünne Schichten chemisch abzutragen ohne die Mikrostruktur dieser Gewebe zu zerstören.Für die AFM Messungen wurden die Proben auf einem Metallplättchen zur magnetischen Fixierung unter dem AFM aufgeklebt. Nach jedem Ätzschritt wurde ein AFM Bild aufgenommen. Aus diesen Bildern wurden dann Volumenbilder regeneriert.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Nach mehrfachen chemischen Ätzen von nativem Knochen zeigen die resultierenden Bilder detailreich die räumliche Abbildung von Knochen im Längenbereich von 10 nm bis 10 µm. Es ist zum ersten Mal gelungen, ein dreidimensionales Volumenabbild vom Knochen zu erzeugen, welches die Größe, Lage und räumliche Anordnung einzelner Kollagenfibrillen im nativen Knochen zeigt.

Eine Analyse der Ultrastruktur von Bänder zeigte, dass die Strukturorganisation der Sehnen und Bänder darauf ausgerichtet ist, Zugkräfte zu übertragen oder zu neutralisieren. Ferner konnte mit hochauflösender Mikroskopie die Orientierung der Faserbündel und der Winkel zwischen alternierenden Faserorientierungen bestimmt werden. Es konnte bisher nur an Bändern gezeigt werden, dass durch die Kombination von AFM mit einer Zugeinrichtung gleichzeitig Veränderungen der Struktur und der mechanischen Kennwerte bei Belastung erfassbar sind.