Titelaufnahme

Titel
Allocation of bone fluid throughout the hierarchical structure of bone: multi-technique analysis on bovine femur / von Luis Zelaya-Lainez
Weitere Titel
Verteilung von Körperflüssigkeit auf die hierarchisch organisierten Porenräume in Knochen: chemo-physikalische und mikrokopische Analysen am Rinderoberschenkel
VerfasserZelaya-Lainez, Luis Haroldo
Begutachter / BegutachterinHellmich, Christian ; Hawran, Kariem
ErschienenWien, 2016
Umfang92 Blatt : Illustrationen, Diagramme
HochschulschriftTechnische Universität Wien, Diplomarbeit, 2016
Anmerkung
Zusammenfassung in deutscher Sprache
SpracheEnglisch
DokumenttypDiplomarbeit
Schlagwörter (DE)Knochenflüssigkeit
Schlagwörter (EN)bone fluid
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-92742 Persistent Identifier (URN)
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Allocation of bone fluid throughout the hierarchical structure of bone: multi-technique analysis on bovine femur [7.73 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Als Meilenstein in der chemo-physikalischen Charakterisierung von Knochengeweben untersuchten Sidney Lees und Kollegen über 25 Jahre (1979-2003) lang die organischen, anorganischen und Wasser-Gehalte von Proben aus dem gesamten Wirbeltierreich, von Fischen bis großen Säugetieren, von Rippen bis Ohrenknochen, und über alle Altersstufen hinweg. Dabei zeigte sich eine große Variation in der Zusammensetzung solcher Gewebe. In ebenso wegweisenden Studien mittels Transmissionselektronenmikroskopie und Neutronenstreuung gaben Lees und Kollegen auch zufriedenstellende Antworten auf die Frage nach der Organisation der 'strukturellen' Komponenten von Knochengeweben, nämlich Hydroxyapatit-Mineral und Kollagen (welches 90% der organischen Strukturen ausmacht), innerhalb Wasser, innerhalb der extrazellulären Knochenräume. Vergleichsweise blieb die Frage nach der Verteilung des Wassers auf die in Knochengeweben auftretenden, hierarchisch organisierten Porenräume weitgehend unbeantwortet - während nämlich jüngste Bildgebungsverfahren faszinierende Porenmorphologien zutage gefördert haben, sind solche Studien in der Regel nie mit physiko-chemischen Versuchen kombiniert werden. Diese Wissenslücke soll mit dem aktuellen Beitrag geschlossen werden. Hier werden die Protokolle von Lees und Kollegen wiederbelebt und verfeinert, sowie mit Licht- und Rasterelektronenmikroskopie kombiniert. Es zeigt sich, dass die Behandlung der Proben in atmosphärischen Bedingungen ihren Wassergehalt nicht vermindert, sodass die Protokolle von Lees und Kollegen tatsächlich Zugang zum gesamten in den vaskulären, lakunären und ultrastrukturellen Porenräumen vorhandenen Wasser geben. In Rinderknochen ist diese Aufteilung durch das Verhältnis 13:8:79 gekennzeichnet. Die vorliegende Arbeit ist folgendermassen aufgebaut: Nach einer allgemeinen Einleitung betre end hierarchische Organisation von Knochen und die verwendeten Methoden gibt Kapitel 2 in Form eines wissenschaftlichen Artikels eine konzise Darstellung der Wiederbelebung und Verfeinerung der Protokolle von Lees und Kollegen, sowie der gleichzeitig verwendeten mikroskopischen Techniken. Weitere technische und methodische Details werden in Kapitel 3 beleuchtet. Anschließende Appendizes zeigen lichtmikroskopische Aufnahmen der Oberflächen aller getesteter Proben, Pläne eines neu entwickelten Probenhalters, sowie eine Posterpräsentation zum Thema.

Zusammenfassung (Englisch)

In a landmark series of physico-chemical experiments published over some 25 years (1979-2003), Lees and co-workers determined the mineral, organic, and water content of cortical bone samples from all over the vertebrate kingdom, across species ranging from fish to large mammals, from rips to ear bones, and from young to old individuals; thereby elucidating the large compositional variations throughout all these dierent bone tissues. In similarly pioneering neutron diraction and transmission electrone microscopic studies, they also provided satisfying answers on as to how the elementary structural components of bone, namely collagen (making up 90% of the organic matter) and hydroxyapatite mineral, are organized in the extracellular spaces of bone, whereas the question on how the water (with 10% non-collagenous organics within it) is partitioned between the hierarchically organized pore spaces in bone, has remained, up to the knowledge of the authors, largely open. Namely, more recent imaging techniques revealing these fascinating pore morphologies have been never combined with physico-chemical testing of the same samples. This knowledge gap is tackled in the present contribution, by re-viving and refining the original protocols of Lees et al, and combining them with light and scanning electron microscopy. It turns out that handling cortical bone samples on air does not reduce the their water content, so that Lees protocols indeed give access to the entire water in the vascular, lacunar, and ultrastructural pore spaces. In bovine bone, their partition is 13:8:79. The thesis is structured as follows: After a general introduction into the hierarchical structure of bone and the methodology used, Chapter 2 contains a scientific paper summarizing in a concise fashion, the revival and refinement of the Lees protocols in combination with microscopic techniques, providing quantitatively the allocation of bone fluid throughout the dierent pore spaces found within the hierarchical organization of bone. Thereafter, additional technical and methodological aspects are summarized in Chapter 3. Subsequent appendices contain light microscopic images of the surfaces of all tested samples, sketches of the newly developed sample holder, and a conference poster contribution on the topic.