%0 Generic
%A Kaltofen, Thomas
%D 2008
%F heidok:8822
%K Neutronenreflektometrie , QCM-D , Lipid Membranen , Schmierung von natürlichen Gelenken , PolyelektrolytNeutron Reflectometry , QCM-D , soft supported lipid bilayers , natural joint lubrication , polyelectrolyte
%R 10.11588/heidok.00008822
%T Biophysikalische Aspekte der Schmierung natürlicher Gelenke
%U https://archiv.ub.uni-heidelberg.de/volltextserver/8822/
%X Gelenkerkrankungen zählen in der heutigen Zivilisation zu den am weitesten verbreiteten Krankheiten. Die Haltbarkeit derzeit verwendeter künstlicher Gelenke liegt bei etwa 15 Jahren, was durch den Einsatz des Schmierungsprinzips der Natur, der Flüssigschmierung, deutlich verbessert werden könnte. Trotz zahlreicher Bemühungen ist das Prinzip der Flüssigschmierung bis heute nicht verstanden. Es wird angenommen, dass der lineare Polysaccharid Hyaluronsäure und oberflächenaktive Phospholipide eine wichtige Rolle für die Schmierung spielen. Derzeit werden verschiedene Schmierungsmechanismen diskutiert, die von intermolekularen Wechselwirkungen zwischen beiden Komponenten ausgehen. Um ein verbessertes Verständnis für die Schmierungsmechanismen in natürlichen Gelenken zu gewinnen, wurde ein Modellsystem aufgebaut, das aus einer Polyelektrolytunterlage mit einer darauf verankerten Lipiddoppelschicht besteht. Als Trägermaterial fand Silizium Verwendung. Zur Durchführung der Untersuchungen wurden je eine neuartige Scher- und Druckzelle für die Neutronenreflektometrie sowie eine temperierbare Flusszelle für die in situ Ellipsometrie entwickelt. Mittels QCM-D sowie Neutronen- und Röntgenreflektometrie wurde die erfolgreiche Bildung von Lipid-Doppelschichten aus 1,2-Dimyristoyl-sn-Glycero-3-Phosphocholin (DMPC) sowie aus Mischungen mit DMPC und 1,2-Dioleoyl-3-Trimethylammonium- Propan (DOTAP) und Mischungen aus 1-Palmitoyl-2-Oleoyl-sn-Glycero-3- Phosphocholin (POPC) und DOTAP auf Polyelektrolytunterlagen gezeigt. Im Gegensatz zu früheren Untersuchungen lassen die Ergebnisse dieser Arbeit darauf schließen, dass keine Wechselwirkungen zwischen Hyaluronsäure und Lipiden existieren, sondern letztgenannte als freie Vesikel in der Synovialflüssigkeit vorliegen. Weitere Untersuchungen zeigten, dass die Lipide auch in Hyaluronsäurelösungen oberflächenaktiv sind. Schließlich konnte in Viskositätsmessungen die guten Schmiereigenschaften der Lipide demonstriert werden. Das Modellsystem wurde anschließend in Kontakt mit Hyaluronsäurelösungen gebracht und mittels Neutronenreflektometrie unter Druck und Scherung untersucht. Unter Sche- 8 - rung wurden keine wesentlichen neuen Erkenntnisse erlangt. Ein Erklärungsmodell, nachdem unter Scherung die Hyaluronsäurekonzentration in Grenzflächennähe zunimmt, konnte nicht bestätigt werden. Bei einem Druck von 50 bar entzog eine physiologische Hyaluronsäurelösung bei Abwesenheit von Lipiden einem Polyelektrolytfilm irreversibel Wasser. Dies wurde bei Anwesenheit einer Lipidmembran auf der Polyelektrolytoberfläche bis zu einem Druck von 600 bar nicht beobachtet. Diese Resultate können bedeutsam für das Verständnis der Entstehung von Gelenkserkrankungen sein. Es ist denkbar, dass der Knorpel bei einer abgelösten Lipidbeschichtung durch die hygroskopische Hyaluronsäure geschädigt wird.