Knochenbau liegt nicht allein in den Genen

3. August 2003, 19:16
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Individuelle Belastungen in der Wachstumsphase spielen offenbar eine Rolle

Darmstadt/Bochum - Ein Wissenschaftsteam der Universität Darmstadt und der Ruhr-Universität Bochum hat entdeckt, dass tierische Knochen und Skelette in der Form sehr genau an die an sie gestellten mechanischen Anforderungen angepasst sind. Damit haben die Forscher das bisherige wissenschaftliche Credo, dass die Form eines Schädels oder einer Muschelschale rein genetisch determiniert ist, in Frage gestellt, berichtet die Technische Universität Darmstadt.

"Möglicherweise wird die genaue Form eines Skelettbauteils erst während des Wachstumsprozesses dadurch ausgeprägt, dass Substanz genau dort abgelagert und damit die Stabilität dort verstärkt wird, wo besonders hohe Belastungen auftreten", so Torsten Rossmann vom Biotechnik-Zentrum Darmstadt, der gemeinsam mit Ulrich Witzel von der Ruhr-Universität Bochum Untersuchungen an tierischen Hartgewebe wie Skelette, Muschel- und Schneckenschalen durchgeführt hat. Die beiden Forscher haben mit interdisziplinären Teams aus Biologen, Anatomen und Maschinenbauern zunächst angenommen, dass mechanische Zwänge bei der Entwicklung der harten Teile des Körpers eine große Rolle spielen. Um dies zu überprüfen, wurden Computer-Modelle von Skelett-Teilen mit der Finite-Elemente-Methode generiert, einem im Maschinenbau häufig verwendeten Werkzeug der Darstellung von Bauteilen. Die Computermodelle wurden mit wenigen Grundannahmen der Lagerung und Krafteinleitung gefüttert und danach schrittweise die mechanisch optimale Form ermittelt.

"Die erreichte Ähnlichkeit zwischen dem wirklichen Knochen und dem Simulationsergebnis ist in den untersuchten Fällen verblüffend gewesen", erklärt Rossmann. Besonders hervorstechende Ergebnisse waren etwa die Form der menschlichen Nase, der Überaugenwulst der Neandertaler und die lange Schnauze der Krokodile. Das Forschungsteam sieht in den Ergebnissen weitere Anwendungsmethoden im klinischen Bereich, so könnten etwa in Zukunft Prothesen durch naturnahe Formgestaltung erzeugt werden. (pte)

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