Synchrotron-Mikro-RFA von menschlichen Knochen

01.10.2009 - 30.09.2013
Forschungsförderungsprojekt
Spurenelemente sind chemische Elemente die in kleinsten Mengen in der Umwelt vorhanden sind. Einige dieser Spurenelemente sind für die menschliche Gesundheit sehr wichtig. Es zeigte sich jedoch, dass zahlreiche Spurenelemente, wie z.B. Blei (Pb), eine Vielzahl von Erkrankungen im Körper auslösen können. Blei akkumuliert zu 95% im knöchernen Skelett. Man weiß bisher jedoch sehr wenig, wo genau Blei in der Knochenmatrix angereichert wird. Im Zuge des FWF-Projektes P15740 ¿Determination of Lead in Human Bone and Tissue¿ erwies sich die Kombination von Synchrotronstrahlung und einem konfokalen Mikro-Röntrgenfluoreszenzanalye (mikro-RFA) Aufbau als die ideale Anordnung um die Verteilung der Spurenelemente Blei (Pb), Zink (Zn), Strontium (Sr) und Kalzium (Ca) in normalem menschlichem Knochen zu bestimmen. Eine hohe spezifische Akkumulation von Pb und Zn wurde in der so genannten Tidemark, einer Übergangszone zwischen kalzifiziertem und nicht-kalzifiziertem Knorpelgewebe, gefunden. Es ist aber sehr wenig über die Rolle und den genauen Mechanismus der Pb Akkumulation in der Tidemark von normalem Knorpelgewebe und im Knochen bekannt. Noch weniger ist über mögliche Beteiligungen von Spurenelementen an Erkrankungen wie Arthrose und Osteoporose bekannt. Bei der Gelenksarthrose kann man eine Verdoppelung der Tidemark erkennen. Eine Pilotstudie hat gezeigt, dass es Unterschiede in der Akkumulation von Spurenelementen bei arthrotischem im Vergleich zum normalen Knochen gibt. Während die Pb Exposition allgemein mit einer geringen Knochendichte assoziiert wird, ist im Moment nicht genau bekannt, in welchem Abschnitt des Mineralisationsprozesses des Knochens das Pb in den Knochen eingebaut wird und ob es lokale Unterschiede in der Pb Akkumulation im Knochengewebe gibt. Ebenso wenig ist bekannt in welcher chemischen Verbindung Pb in der Tidemark von normalem Knorpelgewebe und im Knochen vorliegt. Das Ziel dieses Projektes ist die Bestimmung der Verteilung und Konzentration von Blei (Pb), Zink (Zn), Strontium (Sr) und Kalzium (Ca) mittels SR-mikro-RFA und laborgestützter mikro-RFA in Knorpelgewebe und Knochen von arthrotischen und osteoporotischen Femurköpfen. Alle Elementverteilungen werden mit Backscattered Electron Imaging Bildern der untersuchten Regionen korreliert und die Daten werden mit jenen, die von Proben gesunder Erwachsener stammen, verglichen. Des Weiteren soll die chemische Bindung von Pb im kalzifizierten Knorpel und im Knochen mit Röntgenabsorptionsspektroskopie (XANES) bestimmt werden. Wir erwarten, dass es bei Arthrose und Osteoporose eine deutliche Veränderung der Spurenelementverteilung im kalzifizierten Knorpel und Knochengewebe gibt. Die Untersuchungen werden uns helfen zu verstehen ob Pb im Knochen un Knorpel eine Rolle bei der Entwicklung von Arthrose bzw Osteoporose spielen. Weiters erhoffen wir dadurch einen tieferen Einblick in die Rolle von Spurenelementen in biologischen Mineralisationsprozessen zu bekommen.

Personen

Projektleiter_in

Projektmitarbeiter_innen

Institut

Förderungmittel

  • FWF - Österr. Wissenschaftsfonds (National) Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF)

Forschungsschwerpunkte

  • Biological and Bioactive Materials: 100%

Schlagwörter

DeutschEnglisch
2D und 3D Elementverteilungen2D- 3D elemental imaging
Spurenelementverteilungtrace element distribution
Knochen und Knorpelbone and cartilage
OsteoporoseOsteoporosis

Externe Partner_innen

  • Institut für Synchrotronstrahlung ANKA
  • HASYLAB, Deutsches Elektronensynchtrotron ( DESY), Hamburg
  • Fondazione Bruno Kessler
  • Medizinuniversität Wien
  • Ludwig Boltzmann-Institut für Osteology

Publikationen