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2015-09-20Dissertation DOI: 10.18452/17326
Quantitative analysis of local mineral content and composition during bone growth and remodeling
dc.contributor.authorRoschger, Andreas
dc.date.accessioned2017-06-18T14:22:14Z
dc.date.available2017-06-18T14:22:14Z
dc.date.created2015-10-29
dc.date.issued2015-09-20
dc.identifier.urihttp://edoc.hu-berlin.de/18452/17978
dc.description.abstractDas Ziel der Studien, die im Rahmen dieser Arbeit vorgestellt werden, war es neue Informationen über die elementare Zusammensetzung des mineralisierten Knochens zu gewinnen. In einer ersten Studie wurden zwei Parameter verglichen, die beide eng mit der Knochenmineralisierung verknüpft sind. So zeigte die Gegenüberstellung des mineral/matrix Raman-Wertes und der Kalziumkonzentration gute Übereinstimmung mit theoretischen Überlegungen. Diese Methoden wurden auch verwendet um Knochengewebe von Mäusen zu charakterisieren bei denen ein genetischer Defekt zu einem Mangel von Sclerostin führte. So war es möglich nachzuweisen, dass eine hierdurch verstärkte Knochenneubildung zu einer veränderten Mineralisationskinetik des Knochens führen kann. Nachdem zukünftig Sclerostinantikörper für die Behandlung von Knochenkrankheiten eingesetzt werden sollen, haben diese Erkenntnisse große medizinische Bedeutung. Es wurde auch die Mineraldichteverteilung eines Mausmodells mit fragilem Knochen (Osteogenesis Imperfecta, OI) untersucht. Die Mäuse wurden mit Sclerostinantikörpern behandelt. Es zeige sich ein signifikanter Knochenzuwachs doch die Mineraldichteverteilung veränderte sich gleichermaßen für gesunde und für OI Mäuse. In einer Studie am humanen Knochen konnten der Zusammenhang zwischen Osteozytennetzwerk und Knochenzusammensetzung untersucht werden. Elemente wie Na, Mg und S wiesen typische Konzentrationsverteilungen auf. Die Routinen wurden auch verwendet um Mineralisationsfronten zu charakterisieren. Es zeigte sich, dass die Konzentrationen von K, Mg, Na und Cl abhängig von dem analysierten anatomischen Ort, stark voneinander abweichen. Abschließend kann gesagt werden, dass durch die Entwicklung neuer Routinen zusätzliche Erkenntnisse über die Knochenmineralisierung und Zusammensetzung gewonnen werden konnten. Die Resultate sind von medizinischer und biologischer Bedeutung und tragen zu aktuellen Debatten über die Knochenentwicklung bei.ger
dc.description.abstractThe purpose of the presented work was to gain new insight into the elemental composition of mineralized bone matrix at different sites of human bone tissue, and in mouse models linked to human genetic diseases. Using novel tools and routines, human (femur cross sections from healthy adults and children) and murine samples (femur long-and cross sections of two mouse models) were analyzed with focus on the elemental composition. In a methodological study the consistency of matrix mineralization measured by Raman microspectroscopy (e.g. the mineral/matrix ratio) and the Calcium content (wt%Ca) as measured by qBEI was proved. Both methods were applied to a mouse model exhibiting induced bone overgrowth due to a genetic defect causing a lack of Sclerostin, which is a negative regulator for bone formation. We found changes in the mineralization kinetics depending on the anatomical site. This result is of clinical importance since Sclerostin antibodies are suggested for future treatment of diseases characterized by fragile bone. Hence, also a mouse model of a brittle bone disease (Osteogenesis Imperfecta) was analyzed with and without Sclerostin antibody treatment. A significant increase in bone mass was documented while the mineralization pattern revealed no interaction between genotype and treatment. The correlation between OLCN and the composition of the mineralized matrix was examined in the same regions of human compact bone. Characteristic distributions of the minor elements (Mg, Na, S) were found. The developed tools were also used to investigate mineralization fronts, reflecting a critical stage of bone development. Differences in the Ca/P ratio and in the concentrations of K, Mg, Na and Cl depending on the anatomical site were revealed. In conclusion, using newly developed measurement routines, it was possible to gain novel information of bone mineralization and composition. The results contribute to actively debated issues of biological and medical importance.eng
dc.language.isoeng
dc.publisherHumboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
dc.rightsNamensnennung - Keine kommerzielle Nutzung - Weitergabe unter gleichen Bedingungen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/de/
dc.subjectKnochenger
dc.subjectElektronenmikroskopieger
dc.subjectRaman Spektroskopieger
dc.subjectMineralisierungger
dc.subjectCanaliculiger
dc.subjectZusammensetzungger
dc.subjectOsteozytenger
dc.subjectboneeng
dc.subjectelectron microscopyeng
dc.subjectcompositioneng
dc.subjectraman spectroscopyeng
dc.subjectmineralizationeng
dc.subjectcanaliculieng
dc.subjectremodelingeng
dc.subjectosteocyteseng
dc.subject.ddc530 Physik
dc.titleQuantitative analysis of local mineral content and composition during bone growth and remodeling
dc.typedoctoralThesis
dc.identifier.urnurn:nbn:de:kobv:11-100232983
dc.identifier.doihttp://dx.doi.org/10.18452/17326
dc.identifier.alephidBV042956442
dc.date.accepted2015-08-17
dc.contributor.refereeRabe, Jürgen P.
dc.contributor.refereeGlüer, Claus-Christian
dc.contributor.refereeFratzl, Peter
dc.subject.dnb29 Physik, Astronomie
dc.subject.rvkWW 5540
local.edoc.pages141
local.edoc.type-nameDissertation
bua.departmentMathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät

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