Mechanismus der Mineralisation von Calciumphosphat im Körper

Calciumphosphat ist im Skelett eines der wertvollsten Materialien: Als Hauptbestandteil von Zähnen und Knochen sorgt es für Härte und Stabilität. Bei Arteriosklerose jedoch ist die Ablagerung der kristallinen ionischen Verbindung aus Kalk, Phosphor und Sauerstoff ein ebenso gewichtiger wie verhängnisvoller Faktor.

Wissenschaftlich ist noch nicht vollständig geklärt, wie sich dieses Mineral im Körper bildet. Beobachtungen dazu gelangen einer niederländisch-deutschen Forschergruppe in einem Modellsystem, das eine Körperflüssigkeit simuliert.

An den Arbeiten war Dr. Julia Will, Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Glas und Keramik) der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg beteiligt. Das Fachmagazin Nature Materials stellte das Ergebnis als Advance online publication auf seiner Website vor [siehe unten].

Bereits zuvor wurde davon ausgegangen, dass Calciumphosphat zunächst eine Vorstufe durchläuft, gekennzeichnet durch eine ungeordnete Struktur, die der Mineralisierung vorangeht (amorphes Calciumphosphat, ACP). Das in Nature Materials veröffentlichte Paper visualisiert zum ersten Mal die Bildung von Calciumphosphat aus einem Serum. Ein Monolayer - eine Schicht von der Dicke eines einzigen Moleküls - fungierte dabei als Andockstelle für die Kristallisation. Sichtbar wurde der Prozess durch den Einsatz eines höchstauflösenden Mikroskops für die direkte Abbildung von Objekten mittels Elektronenstrahlen (Transmissionselektronenmikroskopie, TEM). Zu diesem Zweck wurden die Proben in verschiedenen Stadien einer Cryo-Fixierung unterzogen, d. h. in flüssigem Ethan schockgefroren (Cryo TEM).

Die Mineralisation von Calciumphophat im Modell der simulierten Körperflüssigkeit verlief über mehrere Stufen. Aus Ionen im Serum bildeten sich erst Cluster, frei bewegliche Ansammlungen im Nanomass­stab. Danach entstand ACP, das sich in immer stärkerer Dichte am Monolayer anlagerte. Schließlich waren orientierte, im typischen Gitter ausgerichtete Apatit-Kristalle festzustellen, die Endphase des Calciumphophat-Minerals.

Der Arbeitsgruppe gehörten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Technischen Universität Eindhoven (Niederlande) und der Friedrich-Schiller-Universität Jena an. Die Arbeit entstand innerhalb des umfangreichen EU-Verbundprojektes 'TEM-Plant' unter der Projektkoordinatorin Dr. Anna Tampieri, Istituto di scienza e tecnologia dei materiali ceramici (ISTEC), Italien (NMP4-CT-2006-033277).

Die Universität Erlangen-Nürnberg, gegründet 1743, ist mit 27.000 Studierenden, 550 Professorinnen und Professoren sowie 2000 wissenschaftlichen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern die größte Universität in Nordbayern. Schwerpunkte in Forschung und Lehre liegen an den Schnittstellen von Naturwissenschaften, Technik und Medizin in engem Dialog mit Jura und Theologie sowie den Geistes-, Sozial- und Wirtschaftswissenschaften. Seit Mai 2008 trägt die Universität das Siegel 'familiengerechte Hochschule'.

Archan Dey, Paul H. H. Bomans, Frank A. Müller, Julia Will, Peter M. Frederik, Gijsbertus de With, Nico A. J. M. Sommerdijk:
The role of prenucleation clusters in surface-induced calcium phosphate crystallization.
In: Nature; online veröffentlicht am 14. November 2010, DOI 10.1038/nmat2900

Quelle: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg

Aktualisiert am 15.11.2010.

Permalink: https://www.internetchemie.info/news/2010/nov10/knochenmineralisation-mechanismus.php