Ziel ist die räumliche Abbildung biologischer Materialien (Knochen, Kollagenfibrillen und Zähne) hinsichtlich deren Struktur auf der Nanometerskala mit Hilfe der Nanotomographie. Die Nanotomographie ist eine moderne dreidimensionale Volumenabbildungsmethode auf der Nanometerskala basierend auf der Rasterkraftmikroskopie. Für die Nanotomographie wurden Ätzprotokolle an Zähnen, Kollagenfibrillen und Knochen entwickelt, die einen gleichmäßigen Abtrag bewirken. Lineare Verschiebungen der aufgenommenen Schichten werden mit Hilfe der manuellen Registrierung korrigiert und zu einem Volumenbild rekonstruiert. Ein zentrales Ergebnis sind dabei erste hochaufgelöste Volumenbilder einzelner Kollagenfibrillen im nativen Knochen. Neben der konventionellen Nanotomographie wird ein Ansatz zur automatisierten Nanotomographie mit einer Auflösung von 10 nm am Beispiel des menschlichen Knochens und Zahnes demonstriert. Mit Hilfe von mikroskopischen und elektronenmikroskopischen Techniken wurden die verschiedenen Strukturebenen des humanen Zahn und Knochens abgebildet und die räumlichen Strukturen der TM-AFM-Bilder auf der Mikro- und Nanometerskala eingeordnet. Darüber hinaus konnte mit Hilfe analytischer Messmethoden die chemische Zusammensetzung des kortikalen nativen Knochens erfasst werden und Änderungen durch das Ätzen detektiert werden.

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Dentale Implantate sind heutzutage ein fester Bestandteil der modernen Zahnheilkunde. Durch die steigende Anzahl gesetzter Implantate steigt auch die absolute Zahl an Misserfolgen. Der Hauptgrund für den Verlust von Implantaten ist die Periimplantitis. Sie stellt eine Entzündung des Weich- und Hartgewebes um dentale Implantate dar, welche im ultimativen Stadium den Verlust der Integrität des Implantats zur Folge hat. Das Ziel dieser Arbeit soll es sein, einen Überblick über die Genexpression des entzündeten periimplantären Gewebe zu erlangen um so die Periimplantitis auf mikrobiologischer Ebene zu charakterisieren. Um das zu erreichen wurde umgebendes Gewebe von Implantaten mit Periimplantitis und von Implantaten ohne Periimplantitis von menschlichen Patienten gewonnen. Für die Ermittlung der Ergebnisse wurde die Microarray-Technik angewandt (Affymetrix Gene- Chip R Human Gene 1.0 ST Array) und um diese Ergebnisse zu validieren wurde die qPCR-Technik verwendet (real-time-PCR). Die Ergebnisse zeigen, dass klassische Entzündungsmarker wie IL-1, -8 und -6 sind in ihrer Expression stark erhöht. Die erhöhte Expression von CD24 zusammen mit weiteren Cluster of Differentiation und das Expressionsmuster der Interleukine zeigen, dass das unspezifische Immunsystem eine Hauptrolle bei der Entzündung um Implantate spielt. Makrophagen und Monozyten sind sehr wahrscheinlich die am stärksten vertretene Spezies von Abwehrzellen im von Periimplantitis betroffenen Gewebe. Marker für den Abbau von Gewebe, die MMPs-1, -12 und -13 sind in ihrer Expression erhöht, ihre Inhibitoren, die TIMPs sind in ihrer Expression erniedrigt. MMP-12 ist die Makrophagen spezifische Elastase und somit ein weiterer Indikator für die tragende Rolle von Makrophagen bei der Periimplantitis. Kollagen-3 ist das einzige Kollagen, welches den Ergebnissen dieser Arbeit zufolge in seiner Expression erhöht ist. Kollagen-3 findet sich neben Haut- und Muskelzellen in der Wand von Blutgefäßen. Transkriptions- und Wachstumsfaktoren wie RUNX2, SOX2 und FGF18 sind den Ergebnissen dieser Arbeit nach im entzündeten periimplantären Gewebe in ihrer Expression erniedrigt. Fazit: Anhand der Ergebnisse dieser Arbeit lässt sich die Periimplantitis als ein gut durchblutetes, granulationsgewebe-ähnliches-Gewebe mit einer herabgesetzten Kompetenz zur Regeneration charakterisieren. Das unspezifische Immunsystem ist Hauptakteur bei der Periimplantitis und die hauptsächlich anwesenden Immunzellen sind Makrophagen und Monocyten. Die Gewebehomöostase ist in Richtung Gewebeabbau verschoben.

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Als Paläopathologie wird das interdisziplinäre Fachgebiet von Anthropologen, Medizinern und Archäologen bezeichnet, das sich mit der Erforschung der Krankheiten vergangener Generationen beschäftigt. Den Zähnen kommt dabei eine besondere Bedeutung zu, da der Zahnschmelz das härteste Körpergewebe ist und sie deshalb besonders lange für eine Untersuchung zugänglich sind. An Ihnen lassen sich eine Vielzahl von Erkenntnissen in Bezug auf die Lebens- und Ernährungsweise unserer Vorfahren gewinnen. In der vorliegenden Arbeit wurde der Gesundheitszustand der Zähne und des Zahnhalteapparates in der mittelalterlichen Bevölkerung der südniedersächsischen Dorfwüstung Drudewenshusen mit in der Paläopathologie gebräuchlichen Methoden analysiert. Für die Auswertung wurde ein neues mathematisches Verfahren zur Schätzung der Karieshäufigkeit verwendet. Insgesamt wurden 112 Individuen untersucht. Etwa je ein Drittel entfällt auf Männer, Frauen und geschlechtlich Unbestimmbare, zumeist Kinder. Erhoben wurde der Zahnstatus in Bezug auf vorhandene und intravital bzw. postmortal verlorene Zähne. Die Zähne und Alveolarknochen wurden auf Karies, Parodontopathien, apicale Prozesse, Zahnstein, Zahnabrasion und das Auftreten transversaler Schmelzhypoplasien untersucht. Frauen und Männer litten etwa gleich häufig unter einer Karies; bei den weiblichen Individuen waren jedoch mehr Zähne erkrankt als bei den männlichen Individuen ihrer Altersgruppe. Am häufigsten von Karies betroffen zeigte sich der Molarenbereich. Der Einsatz des auf dem DMF-T-Index basierenden Kariesschätzers erweist sich am archäologischen Skeletfund als praktikabel. Die intravitalen Verluste zeigen einen analogen Verlauf zum Kariesbefall, der als deren Hauptursache angesehen wird. Andere Ursachen wie übermäßige Abrasion oder Traumata spielen eine untergeordnete Rolle. Die Häufigkeit intravitaler Verluste steigt mit dem Alter an; Frauen sind häufiger betroffen als Männer. Die entzündliche Veränderung des Parodontiums und der nicht entzündliche Knochenschwund sind in der erwachsenen Bevölkerung von Drudewenshusen weit verbreitet. Das Auftreten und Ausmaß von Zahnstein ist nur eingeschränkt beurteilbar, da dieser sehr leicht postmortal verloren geht. Nahezu alle erwachsene Individuen weisen Zahnstein auf. Apicale Osteolysen konnten nur bei erwachsenen Individuen nachgewiesen werden. Verbindungen zwischen Abszesshöhle und angrenzenden Sinus maxillares mit Zeichen von Entzündung weisen auf eine Ausbreitung der sonst lokal begrenzten Prozesse hin. Die Bewohner von Drudewenshusen zeigen eine interindividuell unterschiedliche, aber insgesamt hohe Abrasion auf, welche mit dem Alter zunimmt. Nur ein Drittel der Population ist von transversalen Schmelzhypoplasien betroffen. Die Veränderungen waren überwiegend leicht ausgeprägt. Insgesamt ergibt sich das Bild einer bäuerlich geprägten Gesellschaft, deren Nahrung weitestgehend auf Kohlenhydraten basierte. Schmerzhafte Erkrankungen der Zähne wie Karies oder dentoalveoläre Abszesse betrafen alle Altersschichten und Geschlechter. Eine hohe Kindersterblichkeit belegt das harte Leben zu dieser Zeit. Phasen des Nahrungsmangels werden durch das Vorkommen von Mangelerkrankungen und das Auftreten von transversalen Schmelzhypoplasien angezeigt. Die vorliegende Arbeit präsentiert neue Ergebnisse zu Zahnerkrankungen in einer mittelalterlichen Dorfwüstung, sowie neue Ansätze zur Interpretation der Karies im paläopathologischen Kontext. Dadurch kann ein weitreichender Einblick in die Gesellschaft und das tägliche Leben im Mittelalter gewonnen werden.