02 - Biologisch-Medizinische Grundlagen Flashcards
(28 cards)
Extrazelluläre Matrix
Bestandteile der Matrix
- Proteoglykanmoleküle
- Kollagenfasern
- Fibronectin
- Integrine (gehen durch Zellmebran)
Mineralisiertes Gewebe
Knochen
Aufbau und Strukturbiologie des Knochens
70 % - Knochenapatit = carbonatreiches Hydroxylapatit (anorganisch)
28% organische Bestandteile v.a. Kollagen Typ I
2% nicht-kollagen Proteine
(verschiedene)
Mineralisiertes Gewebe
Organisch
Kollagen
Tropocollagen
- nicht-koaxiale Superhelix aus 3 Strängen
- davon bestehen zwei aus [Gly-X-Y]338
=> Intermolekulare WW stabilisieren Tripelhelix
=> Gestaffelte Anordnung
=> Untereinander kovalent verknüpft
=> Lücken dienen als Locus für Nukleation
Mineralisiertes Gewebe
Osteogenesis imperfecta Glasknochenkrankheit
- Punktmutation in einem Gen, das für Kollagen I zuständig ist
- Extrem hohe Brüchigkeit der Knochen und geringer Mineralisierungsgrad, Kleinwuchs etc
- Glycin wird durch größere AS ersetzt, die andere Konformation bevorzugt
- nicht nur Auswirkungen auf primäre Konformation, sondern auch quarternäre und systemische Ebene
Mineralisiertes Gewebe
Organisch
Nicht-kollagene Proteine
Arten
Saure Glykoproteine
Gla-Proteine
Proteoglykane
Mineralisiertes Gewebe
Anorganisch
Zusammensetzung Knochenapatit
normales Apatit:
Ca5(PO4)3(CO3,OH, Cl, F,…)
Carbonatreiches Apatit:
- Frankolit (Typ A), Dahlit (Typ B)
- 7 Gew% Carbonat in Knochen
- 3,5 Gew% in Zähnen
- Biogen: vorwiegend Typ B
Mineralisiertes Gewebe
Organisch
Osteoblasten vs. Osteoklasten
Osteoblasten
- bauen den Knochen auf
- setzen alkalische Phosphatase frei
- 1-2µm / Tag
- können bei Mineralisierung eingeschlossen werden -> Osteozyten
Osteoklasten:
- zersetzen und resorbieren den Knochen
- in etwa 100-150x “schneller” als Osteoblasten
Mineralisiertes Gewebe
Organisch
Mechanische Eigenschaften
Trabekulärer Knochen (Spongiosa):
Druckfestigkeit: 2-12 MPa
Young-Midul: 0,05-0,5 GPa
Kortikaler Knochen:
Druckfestigkeit:´ 100-230 MPa
Young-Modul:
7-30 GPa
Mineralisiertes Gewebe
Organisch
Zähigkeitssteigerung
Extrinsische Effekte:
hinter der Rissspitze, “Rissnachlauf”
- Transversale Rissablenkung
- Mikrorissbildung
Intrinsische Effekte vor der Rissspitze, in der Prozesszone v.a. durch Platizität - Fibrilläres Sliding - Molekulare Entspiralisierung - Sacrificial Bonds
Mineralisiertes Gewebe
Zähne
Bestandteile
1 Zahnschmelz 2 Zahnbein 3 Pulpahöhle 4 Wurzelkanal 5 Wurzelspitze 6 Gingiva 7 Zahnhals 8 Zahnzement 9 Paradontium 10 Alveolarknochen
Mineralisiertes Gewebe
Zähne
Zahnschmelz-Zusammensetzung
96 % HAP
1 % Organika
3 % Wasser
Ist das härteste Gewebe im Menschen mit einer Mohshärte 5 / Härte von bis zu 120 GPa
Mineralisiertes Gewebe
Zähne
Dentin-Zusammensetzung
70 % HAP
20 % Organika - davon 90 % Kollagen
10 % Wasser
Biokompatibilität
Prinzipielle WW eines Biomaterials mit dem biologischen System
1 primäre WW an der Grenzfläche
2 Veränderung des Materials
3 Fremdkörperreaktion
4 Systematische Reaktion
Biokompatibilität
- Primäre WW an der Grenzfläche
Arten
Toxisch
Bioinert
Biotolerant / Biokompatibel
Bioaktiv
Resorbierbar
Biokompatibilität
- Primäre WW an der Grenzfläche
Bioinert
Implantat biologisch inaktiv, von Gewebe durch eine dünne, nicht adhärente und fibröse Bindegewebskapsel gertrennt => Kontaktosteogenese
Al2O3
ZrO2
Biokompatibilität
- Primäre WW an der Grenzfläche
Biotolerant / Biokompatibel
vollständige bindegewebliche Umscheidung des Implantats
=> Distanzosteogenese
Stahl, Gold, PMMA
Biokompatibilität
- Primäre WW an der Grenzfläche
Bioaktiv
Verwachsen des Gewebes/Knochen mit dem Material => Verbundsosteogenese, Osseointegration (andere Wörter) >> Osteokonduktion >> Osteoinduktion
Biokompatibilität
- Primäre WW an der Grenzfläche
Resorbierbar
Gewebe löst Implant auf und ersetzt es
o Hohe Reaktivität, keine Passivierung unter biologischen Bedingungen
o Unschädlich leicht verstoffwechselbar
Überprüfen der Biokompatibilität
SBF
- simulierte Körperflüssigkeit (engl.: Simulated body fluid)
- Lösung mit einer Ionenkonzentration ähnlich menschlichem Blutplasma
- dieselben Bedingungen wie beispielsweise pH-Wert Temperatur.
Überprüfen der Biokompatibilität
SBF
T und pH
pH = 7,25 T= 36,5
Überprüfen der Biokompatibilität
SBF
dominante Anionen
Na +, K +, Mg 2+,Ca 2+, Cl-HCO3 -, HPO4 2-, SO4 2-
Überprüfen der Biokompatibilität
- SBF (in vitro)
Es wird getestet wie die dominanten Anionen der SBF mit dem Implantat wechselwirken
Überprüfen der Biokompatibilität
- Zellkultur (in vitro)
Cell behavior / spreading - small
klein:
Viability - low
Migration - low
Proliferation - low
Differentiation - low
Überprüfen der Biokompatibilität
- Zellkultur (in vitro)
Cell behavior / spreading - medium
medium:
Viability - high
Migration - high
Proliferation - high
Differentiation - low
