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Teilprojekt Z3

Hochauflösende Mikro- und Nano-CT Bildgebung zur Charakterisierung von gesundem und systemisch erkranktem Knochen sowie deren Therapie

Dreidimensional hochauflösende Bildgebungstechniken sind unverzichtbar für die morphologische Charakterisierung und Mineralsalzquantifizierung von Knochen und Biomaterialien. Mikro- und Nano-CT stellen dabei Schlüsseltechnologien für die nicht destruktive 3D-Charakterisierung von Werkstoffen und biologischen Proben dar, insbesondere um die Mikrostruktur und den Mineralsalzgehalt im Knochen zu untersuchen. Als Zentralprojekt stellt Z3 innerhalb des SFB-TRR 79 eine Bildgebungsplattform dar, deren Aufgabe in der Durchführung und Analyse hochaufgelöster Mikro- und Nano-CT-Untersuchungen besteht. Das Spektrum der Aufgaben umfaßt dabei die: 

  1. Charakterisierung und Identifikation osteoporotischer Tiermodelle,
  2. Charakterisierung knöcherner Defekte in o.g. Tiermodellen zur Untersuchung der Frakturheilung im systemisch erkrankten Knochen,
  3. Charakterisierung von Biomaterialien in vitro, um deren Zusammensetzung, Material- und Porenverteilung zu beschreiben,
  4. Charakterisierung der Interaktion von Knochen und Biomaterialien zur Beurteilung der Integration, Degradation und der osteoinduktiven Aktivität von Biomaterialien und
  5. Aufbereitung und Segmentation von Datensätzen zur weitergehenden in-silico Analyse.

Neben der Arbeit als zentrale Bildgebungsplattform fokussiert Z3 die Entwicklung und Implementierung innovativer Präparations-, Bildgebungs- und Nachverarbeitungstechniken, um neue Applikationsmöglichkeiten zur eröffnen und dem Qualitätsanspruch der zuweisenden Projekte gerecht zu werden. Dazu zählen die Entwicklung neuer Bildmarker, die der automatischen Quantifizierung im Rahmen von Radiomics Analysen dienen sowie die Analyse mikrovaskulärer Strukturen, insbesondere der intraossären Mikrovaskularisation, welche einen Schwerpunkt des Labors für experimentelle Radiologie darstellt. Durch die Einbindung des Projekts in die Klinik für Diagnostische und Interventionelle Radiologie besteht Zugang zu hochmodernen Bildgebungsmodalitäten  wie MRT, CT, Ultraschall und DEXA.

T1 Beckenkamm

3D-Abbildung von Beckenkammtrepanaten (Schaf). Visualisierung des Knochensubstanzverlustes durch (d) durch Kombinationsbehandlung mit Ovarektomie, Defizienzdiät und Behandlung mit Kortikosteroiden, acht Monate nach Behandlungsbeginn. Zum Vergleich die Kontrollgruppe (a), Ovarektomiegruppe (b) sowie die Kombinationsbehandlung durch Ovarektomie und Defizientdiät (c). Kooperationspartner: TP T1

 

 Osteozyten

3D-Abbildung Nano-CT eines Humeruskopftrabekels bei isotrope Voxelkantenlänge 400 Nanometer. Dargestellt sind die Oberfläche in weiß (a) sowie die im Trabekel vorhandenen Zelllakunen der Osteozyten in rot (a, b)

 

Angiogenese

Gefäßverteilung im intakten Knochen (Knochenmark, a) sowie Angiogenese im Defektspalt kritischer Größe (b). Die 3D Überlagerung von Knochenkontur (weiß) sowie Blutgefäßen (gelb) belegt die Neuformation von Gefäßen im Rahmen der Defektheilung. Kooperationspartner: TP T2

 

M2 LR

Bildgebung eines Biomaterials (CPC-Zement mit 10% mesoporösem Bioglas). Im Schnittbild (a) die Grauwertverteilung von Zement, Bioglas und Luft (Poren). Durch 3D-Visualisierung und Farbcodierung Bioglas (weiß) und Luft (Poren, grün) entsteht ein räumlicher Endruck über die Verteilung o.g. Komponenten. Kooperationspartner: TP M2