DE102011109548A1 - Bionic composite materials, where the materials are constructed from resilient connective tissue fibers with genetic methodology and/or organic-technological methods and from biological coupling molecules such as laminin and fibronectin - Google Patents

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Abstract

The bionic composite materials, is claimed, where the materials are: constructed, with genetic methodology and/or organic-technological methods, from resilient connective tissue fibers (fibrillin-microfibrils, elastin, oxytalan fibrils and analogous fibrils and fiber structures of a resilient system of an extracellular matrix of connective tissues) and biological coupling molecules such as laminin and fibronectin; and compensated and/or dissipated to conduct electrical loads along the fiber structures and the coupling molecules and/or over the fiber- or fiber structures of the materials. The bionic composite materials, is claimed, where the materials are: constructed, with genetic methodology and/or organic-technological methods, from resilient connective tissue fibers (fibrillin-microfibrils, elastin, oxytalan fibrils and analogous fibrils and fiber structures of a resilient system of an extracellular matrix of connective tissues) and biological coupling molecules such as laminin and fibronectin; and compensated and/or dissipated to conduct electrical loads along the fiber structures and the coupling molecules and/or over the fiber- or fiber structures of the bionic materials. The materials have a biotechnological exploitation of a biodigital bioelectric signal generation and signal transmission along the designated native supramolecular protein structures. The coupling molecules have semiconductive properties, and the bionic material is stored within a resilient fibrillar network by an electrical charge. The materials are obtained form resilient microfibril-fabrics, fibers, complex elastic fibers or other structures from the genetic material of vertebrates, resilient fibrils, fibrillin-rich microfibrils and elastic fibers of the extracellular matrix of body tissues of animal species of other animal classes such as animal species of arthropods, insects and drosophila with inclusion of resilin, fibrillin-rich microfibrils in nano-fibril level and/or polyps and jellyfish with the fibrillin rich microfibrils. The materials have a desired temperature of 37[deg] C and a smaller moisture content. The materials are obtained, with the genetic methodology, from cellular and tissue samples of battle-fresh warm blooded animals for slaughter of agriculture. The complex of resilient fiber structures is obtained from central elastin core and surrounds the resilient microfibrils, where the defined resilient and electrical characteristics are incorporated with the specific coupling molecules. The electrical loads are conducted and/or derived by the bionic material and are capacitively stored in a defined manner. The electric conductivity of the bionic material is larger than an ionic conductivity of the bionic material. Catalyst in an aqueous solution having characteristic properties is obtained by a humid or aqueous environment or an electrolyte solution, where an interstitial tissue is represented by a body tissue. The bionic composite materials are manufactured in connection with collagen or other polymer materials. The biopolymers are changed with technical and biotechnological methods with additional synthetic steps to optimize biophysical, biochemical and material-technical properties and to adapt other concrete applications. The materials are insertable as biogenous nanoelectronic signal lead structure in the conceptual of DNA-computer, and the structures of the resilient fibrillar fibers and microfibrils are used together with other intracellular signal line simulating native, biotechnologically manufactured protein structures with usable organic-electronic properties.

Description

1. Eigener Ausgangspunkt1. Own starting point

Die wissenschaftliche Erforschung und biotechnologische Nutzung von bionischen Konstruktionsprinzipien der Natur war insbesondere auf dem Feld der extrazellulären Matrix der Binde- und Stützgewebe zahlreicher Tierspezies und des Menschen erfolgreich (20; 25).The scientific research and biotechnological exploitation of bionic principles of nature has been particularly successful in the field of the extracellular matrix of the connective and supporting tissues of many animal species and of humans (20; 25).

Der Knochen stellt mit seiner makroskopischen Spongiosa-Struktur (Trajektorien, Leichtbauweise), seiner Kollagenfibrillen-Apatit-Matrix-Komposition (Faser-Verbund-Werkstoffe) und in seiner biologischen Trainings-, Leistungs- und Strukturanpassung (Wolff'sches Gesetz) das ,klassische', zumindest wohl aber das bekannteste „Modell” für die Entwicklung neuer bionischer Konzepte und technologischer Lösungen dar (20; 8; 17; 19).With its macroscopic spongiosa structure (trajectories, lightweight construction), its collagen-fibril-apatite-matrix composition (fiber-composite materials) and its biological training, performance and structural adaptation (Wolff's law), bone provides the classic 'but at least the best-known' model 'for the development of new bionic concepts and technological solutions (20, 8, 17, 19).

Der Antragsteller hat seinerzeit den Gelenkknorpel großer Gelenke (z. B. Kniegelenk von Rind, Schaf, Schwein) als überaus geeignet erkannt für biophysikalische Messungen und tragfähige Modellbildungen zu Aufbau und Funktion der extrazellulären Matrix des Knorpelgewebes (1–4; 9), welche wie der Knochen durchzogen wird von einer hier arkadenförmigen Architektur von Kollagenfibrillen.At that time the applicant recognized the articular cartilage of large joints (eg bovine, ovine and porcine knee joints) as highly suitable for biophysical measurements and viable modeling of the structure and function of the cartilaginous extracellular matrix (1-4, 9) The bone is traversed by an arc-shaped architecture of collagen fibrils.

Das biophysikalische und physikochemische Verhalten von Knorpelgewebe (40; 22; 21; 26; 36). Dabei war es und ist es schon etwas verwunderlich, dass ein aus eigenem Blickwinkel biologisch und biophysikalisch wesentlicher Aspekt der Knorpelmatrixbiologie, die spezielle elektrophysiologische Kollagenfibrillen-Signalleitfunktion betreffend, bis Mitte der 80-iger Jahre trotz hinweisender experimenteller Daten nicht gesehen wurde (17) und nach der eigenen Publikation des neuen Konzepts in ausgewiesenen Journals (2; 1) auch bis dato nicht aufgegriffen und nur vereinzelt zitiert wurde (29).The biophysical and physicochemical behavior of cartilage tissue (40; 22; 21; 26; 36). It was and is a bit surprising that a biologically and biophysically essential aspect of cartilage matrix biology, concerning the special electrophysiological collagen fibril signaling function, was not seen until the mid-1980s, despite suggestive experimental data (17) and after the own publication of the new concept in designated journals (2; 1) was also not taken up so far and only occasionally quoted (29).

Unbenommen bezieht sich die Beschreibung der Erfindung auf eine Ableitung aus den wissenschaftlichen Erkenntnissen der experimentellen Arbeiten mit Gelenkknorpel und abgeleiteten Folgerungen, werden die erkannten und konzeptionell beschriebenen Verhältnisse am intakten Gelenk und Arthrosegelenk sowie der extrazellulären Matrix unter diesen Gegebenheiten hier noch einmal darzulegen und zu erörtern sein.Unless the description of the invention relates to a derivation from the scientific findings of the experimental work with articular cartilage and derived deductions, the recognized and conceptually described conditions on the intact joint and arthrosis joint as well as the extracellular matrix under these circumstances will be described and discussed again here ,

Charakteristisch und prägend für Gelenkknorpel ist seine homogenen Gewebsarchitektur (für die biologische Zielfunktion des Gelenkknorpels, die struktur-belastende Absorption kinetischer Energie im Gelenkniveau zu minimieren (6):
Nicht die auf ein dynamisch belastetes Gelenk wirkenden Kräfte Oder die hindurchfließende kinetische Energie sind entscheidend; die im Gelenkniveau absorbierte kinetische Energie wird in physiologischen Grenzen stabilisierend für die Gelenkbiologie (z. B. mechanisch-elektrische Kopplung), bewirkt oberhalb derer molekulare und histologische Strukturschäden, Deformation, Quetschung, Zerreißung (6).
Characteristic and characteristic of articular cartilage is its homogenous tissue architecture (for the biological target function of the articular cartilage, to minimize the structure-stressing absorption of kinetic energy in the joint level (6):
It is not the forces acting on a dynamically loaded joint or the kinetic energy flowing through them that are decisive; the kinetic energy absorbed in the joint level is stabilized in physiological limits for the joint biology (eg mechanical-electrical coupling), above which causes molecular and histological structural damage, deformation, contusion, rupture (6).

Dementsprechend enthält Gelenkknorpel keine Nerven und keine Blutgefäße, auch keine supportiven und ,lining cells' nur Knorpelzellen (Chondrozyten) und extrazelluläre Matrix.Accordingly, articular cartilage contains no nerves and no blood vessels, no supportive and "lining cells" only cartilage cells (chondrocytes) and extracellular matrix.

Aus Gründen der Sauerstoff- und Substratversorgung ist die Zahl der Chondrozyten pro 1 mm2 Knorpeloberfläche im Kniegelenk des Menschen und der Maus mit ca. 25.000 bis 27.000 praktisch konstant ist (26). Je dicker die Gelenkknorpelschicht eines Gelenks, desto mehr nimmt Chondrozytendichte pro mm3 Gelenkknorpel ab:

  • – Knieknorpel der Maus: um 334.000 Chondrozyten/mm3 Knorpelgewebe;
  • – Knieknorpel beim Rind: um 20.000 Chondrozyten/mm3,
  • – Menschliches Kniegelenk: um 14.000 Chondrozyten/mm3 (26).
For reasons of oxygen and substrate supply, the number of chondrocytes per 1 mm 2 cartilage surface in the knee joint of humans and the mouse is practically constant at about 25,000 to 27,000 (26). The thicker the articular cartilage layer of a joint, the more the chondrocyte density per mm 3 of articular cartilage decreases:
  • - knee cartilage of the mouse: by 334,000 chondrocytes / mm 3 cartilage tissue;
  • - knee cartilage in cattle: by 20,000 chondrocytes / mm 3 ,
  • - Human knee joint: around 14,000 chondrocytes / mm 3 (26).

Dies ist eine schwierige Situation für den behandelnden Arzt (eine Knorpelzelle im Patellaknorpel des menschlichen Kniegelenks Ist für ein sehr großes Matrixareal zuständig).This is a difficult situation for the attending physician (a cartilage cell in the patellar cartilage of the human knee joint is responsible for a very large matrix area).

Die Situation ist sehr günstig für den Matrix-Biopysiker und Matrix-Physiologen:
Gelenkknorpel des Rinder- oder Schweineknies enthält um 1 bis 5 Vol% Chondrozyten und also um 95 bis 99 Vol.% recht homogen strukturierter extrazellulärer Knorpelmatrix (ca. 70% Wasser, ca. 50% Kollagen; 25% Proteoglykane (Quellmoleküle) in der Trockenmasse).
The situation is very favorable for the matrix biophysicist and matrix physiologist:
Articular cartilage of the bovine or pig's knee contains 1 to 5% by volume of chondrocytes and thus about 95 to 99% by volume of a relatively homogeneously structured extracellular cartilage matrix (about 70% water, about 50% collagen, 25% proteoglycans (swelling molecules) in the dry matter ).

Wie an keinem anderen Körpergewebe – ist hier bereits aus makroskopischen biophysikalische Messungen am ,schlachtfischen' (nicht denaturierten) Knorpelgewebe bei hinreichender Kenntnis über die Knorpelmatrixarchitektur und Korrelation mit biochemischen, histomorphologischen, physikochemischen, biomechanischen und bioelektrischen Daten der untersuchten Knorpelproben die Ableitung gut reproduzierbarer Aussagen zur Funktion und Phvsiologie der Knorpelmatrix bis in die molekulare und biopolymere Matrixstruktur möglich (1–5; 9–12), kann wissenschaftlich ein Bogen geschlagen werden bis zu den Fragestellungen der ganz anderen, biotechnologischen, nanobiologischen und gar nanoelektronischen Forschungs- und Arbeitsgebiete (5).As with no other body tissue, macroscopic biophysical measurements on "battle fish" (undenatured) cartilage tissue, with sufficient knowledge of cartilage matrix architecture and correlation with biochemical, histomorphological, physicochemical, biomechanical, and bioelectrical data of the cartilage samples examined, lead to the derivation of well reproducible results Function and physiology of the cartilage matrix up to the molecular and biopolymer matrix structure possible (1-5, 9-12), can be scientifically proven to the problems of completely different, biotechnological, nanobiological and even nanoelectronic fields of research and work (5) ,

Zumal in den letzten 2 Jahrzehnten wurden Körpergewebe mit reichlich elastischen Fasersystemen (aus elastischen Mikrofibrillen und Elastin) in ihrer extrazellulären Matrix intensiv untersucht (24; 47; 54; 55), insbesondere Arterienwand mit ihrer zyklischen, pulssynchronen biomechanisch-elastischen Beanspruchung; wissenschaftliche Bemühungen vor allem auf der Suche nach biologischem Gewebsersatz der Gefäßwand großer Arterien (56; 63).Especially in the last two decades, body tissues with abundant elastic fiber systems (made of elastic microfibrils and elastin) have been extensively studied in their extracellular matrix (24; 47; 54; 55), in particular arterial wall with its cyclic, pulse-synchronous biomechanic-elastic stress; scientific efforts, especially in the search for biological tissue replacement of the vascular wall of large arteries (56, 63).

Die Biotechnologie befasste sich hier für die medizinische Aufgabenstellung des Arterienersatzes mit dem Elastin, hatte hier ein längeren Weg bis zur weitgehenden Beherrschung der technischen Probleme (71; 56; 63; 65; 66; 69, 70).Biotechnology dealt here with the medical problem of arterial replacement with elastin, and had a longer path to far-reaching mastery of the technical problems (71, 56, 63, 65, 66, 69, 70).

Zum einen hat die wohl vorrangige praktische Anwendung im Thema der Arterienersatzmaterialien auch parallele biotechnologische Aufgabenstellungen zur Nutzung von supramolekularen Nanofibrillen in neuen Werkstoffen, Verbundmaterialen, nanotechnisch strukturierter Oberflächen stimuliert (65; 70; 72).On the one hand, the well-established practical application in the field of arterial replacement materials has also stimulated parallel biotechnological tasks for the use of supramolecular nanofibrils in new materials, composite materials, nanotechnologically structured surfaces (65, 70, 72).

Zum anderen wurde auch die medizinische Grundlagenforschung für die Aufklärung der Struktur und Funktion der extrazellulären Matrix elastischer Gewebe befördert, erfolgte hier auch eine umfangreiche Beschäftigung mit den elastischen Mikrofibrillen, welche in vivo den Elastincore der elastischen Fasern umschließen, hier wesentliche biologische Regulationen, etwa in der Fibrillogenese, vermitteln (48; 52; 53; 54–56, 76).On the other hand, the basic medical research was promoted for the elucidation of the structure and function of the extracellular matrix of elastic tissues, here was also an extensive study of the elastic microfibrils, which in vivo enclose the elastic core of the elastic fibers, here essential biological regulations, such as Fibrillogenesis, mediate (48, 52, 53, 54-56, 76).

Oft mag es bei Einsatz nanotechnischer Materialien in neuen Werkstoffen, Verbundwerkstoffen, Oberflächenschutz gar nicht mehr so bewusst sein, dass sie einmal aus bionische Ideen und Konzepte aus der extrazellulären Matrix von Körpergeweben abgeleitet wurde, dass sich solche moderne, innovative Nanotechnologie in derselben Scalen-Dimension mit den nativen Fibrillensysteme der extrazellulären Matrix von Knochen-, Knorpel- und Sehnengewebe sowie Arterienwand vollzieht:
Kollagenfibrillen Typ II der Knorpelmatrix haben ca. 50 nm 0 und eine Periodenlänge von 64 bzw. 67 nm; fibrillin-reiche ,Mikrofibrillen' der elastischen Fasern haben ca. 10–12 nm ⌀ und eine Periodizität von ca. 56 nm (23, 26, 24, 48, 55).
Often, when using nanotechnical materials in new materials, composites, and surface protection, it may not be so aware that it was once derived from bionic ideas and concepts from the extracellular matrix of body tissues that such modern, innovative nanotechnology has the same scale dimension with the native fibrillar systems of the extracellular matrix of bone, cartilage and tendon tissue as well as arterial wall:
Collagen fibrils type II of the cartilage matrix have about 50 nm 0 and a period length of 64 and 67 nm; Fibrillin-rich 'microfibrils' of the elastic fibers have about 10-12 nm ⌀ and a periodicity of about 56 nm (23, 26, 24, 48, 55).

Ein bionischer Blick der Bio- und Nanotechnologie auf die Ergebnisse und innovative wissenschaftliche Konzepte der medizinischen und angewandten Grundlagenforschung kann auch weiterhin sinnvoll und gewinnbringend sein.A bionic view of biotechnology and nanotechnology on the results and innovative scientific concepts of medical and applied basic research can continue to be useful and profitable.

Aus dem Blickwinkel eines an Fragen der angewandten Bindegewebsforschung interessierten Mediziners erscheint hier durchaus bemerkenswert,

  • – dass sich die biotechnologische Forschung für die medizinische Anwendung mit dem Gewebsersatz aus kollagenen und elastischen Fasersystemen; also vornehmlich mit den biomechanischen Eigenschaften beschäftigt (48; 56; 63; 66), nicht aber eigentlich mit speziell bioelektrischen Phänomenen, zumal der fibrillären biologischen Nanostrukturen, die im Schrifttum beschrieben wurden (17; 28; 29; 37; 1–5), und
  • – dass in der Bio- und Nanotechnologie zwar bezüglich der DNA des Zellkerns nanoelektrische und nanoelektronische Fragestellungen innovativ bearbeitet werden (30; 38; 68), dass analoge bionische und biotechnologische Themen bezüglich der Strukturproteine und „Nanofibrilien” der extrazellularen Matrix von Knochen, Knorpel, Sehne, Haut, Lunge, Gefäßwand (kollagene und elastische Fasern) jedoch bislang hier weitgehend ausgespart blieben, zumindest eher nachrangig publiziert werden (65; 66; 48; 73).
From the point of view of a doctor interested in questions of applied connective tissue research, it seems remarkable that
  • - that biotechnological research for medical use involves tissue replacement from collagenous and elastic fiber systems; (48; 56; 63; 66), but not with special bioelectric phenomena, especially the fibrillar biological nanostructures described in the literature (17; 28; 29; 37; 1-5), and
  • - that in the field of biotechnology and nanotechnology, although nanoelectrical and nanoelectronic issues are dealt with innovatively with regard to nuclear DNA (30; 38; 68), analogous bionic and biotechnological issues concerning the structural proteins and "nanofibrils" of the extracellular matrix of bone, cartilage, Tendon, skin, lungs, vascular wall (collagenous and elastic fibers), however, have so far largely been left out here, at least to be published later (65, 66, 48, 73).

Der Antragsteller sieht aus dem Blickwinkel des seinerzeit für die extrazelluläre Matrix des Gelenkknorpels hierarchischen elektrophysiologischen Regulationskonzeptes und der darin widerspruchsfrei integrierten, 1989 inaugurierten Biosensor- und Signalleitkonzeptes der nativen Kollagenfibrillen (2; 9; 1) und aus der über inzwischen also diverse Jahre aus diesem speziellen Blickwinkel betrachteter, augenscheinlich biologisch in diverse Aspekten analogen, zu postulierenden elektrophysiologischen Phänomenen in der Physiologie und Pathophysiologie der extrazellulären Matrix zumal der sog. elastischen mesenchymalen und Bindegewebe der Haut, des Lungengewebes, der Arterienwand usw.The applicant sees from the point of view of the hierarchical electrophysiological regulation concept for the extracellular matrix of the articular cartilage and the consistent in 1989 integrated biosensor and signaling concept of the native collagen fibrils (2; 9; 1) and from the now so many years of this special one Viewpoint of viewed, apparently biologically analogous in various aspects to be postulated electrophysiological phenomena in the physiology and pathophysiology of the extracellular matrix in particular the so-called elastic mesenchymal and connective tissue of the skin, the lung tissue, the arterial wall, etc.

Athenstaedt u. a. (29) haben 1982 in der Epidermis der Menschen und auch für Messungen an Epidermisstrukturen anderer Spezies das Phänomen einer pyroelektrischen und piezoelektrischen Sensor-Struktur beschrieben und experimentell gemessen.Athenstaedt u. a. (29) described and experimentally measured the phenomenon of a pyroelectric and piezoelectric sensor structure in human epidermis in 1982 and also for measurements on epidermal structures of other species.

Athenstaedt (28) hat bereits 1970 pyroelektrisches Verhalten getrockneter fribrillärer (nanobiologischer) Kollagen-Proteinstrukturen von Nervengewebe gemessen. Doch erst Regling und Rückmann (2–4) kamen aus Experiment und biologischem Konzept zu der Konsequenz, dass es neben die Biosensorfunktion des nativen fibrillären Kollagens (in der Knorpelmatrix) eine nerv-analoge bioelektrische Signalfortleitung gäbe.Athenstaedt (28) measured the pyroelectric behavior of dried fribrillar (nanobiological) collagen protein structures of nervous tissue as early as 1970. But only Regling and Rückmann (2-4) came from experiment and biological concept to the consequence that there would be in addition to the biosensor function of native fibrillar collagen (in the cartilage matrix) a nerve-analogous bioelectric signal transmission.

Die noch nicht publizierte, aus recherchierten Daten der Schrifttums zu den unterschiedlichsten Körpergeweben des Menschen und im Bereich der Biologie seit 2000 Schritt um Schritt erarbeitete Ausweitung und Verallgemeinerung des biolelektrischen Biosensor- und Signalleitkonzeptes auf die Matrix anderer Gewebe und Organsysteme sowie – im begründeten biologischen Konzept – auch auf die anderen fibrillären Matrixstrukturen – die elastischen Fasern und elastischen Mikrofibrillen – liegt der hier zu beschreibenden Patentidee und Beschreibung der Umsetzung und biotechnologischen sowie mikro- und nanoelektronischen Nutzung dieser eigenen Aktivität am medizinischen Gegenstand zugrunde.The not yet published, from researched data of the literature on the most different body tissues of humans and in the field of biology since 2000 step by step elaborated expansion and generalization of the biolectric biosensor and signaling concept to the matrix of other tissue and organ systems and - in justified biological concept - also on the other fibrillar matrix structures - the elastic fibers and elastic microfibrils - is the patent idea to be described here and description of the implementation and biotechnological as well as micro- and nanoelectronic use of this own activity on the medical subject.

Es handelt sich hier also um eine Ausweitung des inaugurierten elektrophysiologischen Biosensor- und Signalleit-Konzeptes der Kollagenfibrillen von Körpergeweben auf ein neues physiologisches und pathophysiologisches Konzept der elastischen Fasern und elastischen 10–12 Nanometer dicken Mikrofibrillen und daraus abgeleitete Erschließung neuer biotechnisch nanotechnologischer Arbeitsfelder, welche mit der vorliegenden Beschreibung zu umreißen, darzulegen und zu erörtern sind.Thus, this is an extension of the inaugurated electrophysiological biosensor and Signalleit concept of collagen fibrils of body tissues on a new physiological and pathophysiological concept of elastic fibers and elastic 10-12 nanometer thick microfibrils and derived from this development of new biotechnical nanotechnological fields of work, which outlined, presented and discussed in the present description.

Dabei können hier nicht alle Überlegungen, recherchierte Daten und Fakten dargelegt und erläutert werden.Not all considerations, researched data and facts can be explained and explained here.

Es erscheint jedoch wichtig anzumerken, dass die langjährige spezielle Beschäftigung mit grundsätzlichen biophysikalischen, bioelektrischen, elektromechanischen und bioelektronischen Eigenschaften von nativen Biopolymer- und Proteinstrukturen bis hin zu den relativistischen physikalischen Daten und Modellen (28; 29; 37; 39; 31–35; 47; 2; 9; 5; 10–11, 13) als die neben den experimentellen Daten wichtige Grundlage und Rechtfertigung für die ausgearbeitete und hier in Abrissen darzustellende Übertragung und Verallgemeinerung des eigenen Kollagen-Biosensor- und Signalleit-Konzeptes verstanden wird.However, it seems important to note that many years of special attention have been devoted to the fundamental biophysical, bioelectrical, electromechanical, and bioelectronic properties of native biopolymer and protein structures, as well as relativistic physical data and models (28; 29; 37; 39; 31-35; 47 ; 2; 9; 5; 10-11, 13) is understood as the important basis and justification for the elaboration and generalization of the own collagen-biosensor and signal-guidance concept, which is to be presented here in breaks.

Dies erfordert für die hier darzulegende Beschreibung, dass der Antragsteller – auch im Hinblick auf den vielleicht nichtmedizinischen, biotechnologisch bzw. nanoelektronisch spezialisierten Laser und Partner – diese Ableitung und Begründung der wissenschaftlichen und technologische Aussage entsprechender eingehender darzustellen und zu erläutern versucht, selbst um die damit notwendige Akzeptanz einer vielleicht mehrfachen Redundanz – aus unterschiedlichem Blickwinkel – und Ausweitung der Vortrags für dieses Ziel.For the description to be presented here, this requires that the applicant - also with regard to the perhaps non-medical, biotechnologically or nanoelectronically specialized laser and partner - attempt to present and explain this derivation and justification of the scientific and technological statement in more detail, even for the purpose necessary acceptance of perhaps multiple redundancy - from different perspectives - and extension of the presentation for this goal.

Im Grundsatz dürften in diesem speziellen biotechnologisch-elektrisch/elektronischen Feld neue bionische Lösungsansätze und Modellbildungen nach biologischem Vorbild (14) noch attraktiv und sinnvoll sein, hat doch die Natur – aus der Sicht des Antragsstellers – hier phylogenetisch – über mehr als 3 Milliarden Jahre -augenscheinlich „nanobiologische” Lösungen entwickelt und optimiert, die durch artifizieller synthetische Faserstrukturen und ohne die enge Anlehnung an bionische Vorbilder vielleicht schwerlich vergleichbar effizient erreichbar erschienen.In principle, in this particular biotechnological-electrical / electronic field, new bionic approaches and modeling based on biological model (14) may still be attractive and useful, since nature - from the point of view of the applicant - phylogenetically - has more than 3 billion years - evidently developed and optimized "nanobiological" solutions, which perhaps could not be achieved with comparable synthetic fiber structures and without the close reference to bionic models.

Zwar hat die Nanotechnologie auch völlig neue Materialkonzepte (z. B. Nano Tubes) hervorgebracht, auch für potentiell nanoelektronische Anwendungen (74, 67). Deren biologische Umweltverträglichkeit vorausgesetzt, dürfte jedoch ihre technische Ankopplung an Biopolymere, z. B. in einem fiktiven DNA-Computer (30), technisch problematisch sein.Although nanotechnology has also produced completely new material concepts (eg nano tubes), even for potentially nanoelectronic applications (74, 67). Their biological environmental compatibility provided, however, their technical coupling to biopolymers, z. As in a fictitious DNA computer (30), be technically problematic.

Andererseits sind die Strukturproteine und biopolymeren Fibrillen der extrazellulären Matrix der Körpergewebe in Nanometer-Dimension in ihrem genetisch determinierten Aufbau phylogenetisch ausgesprochen konservativ (also biologisch erfolgreich).On the other hand, the structural proteins and biopolymeric fibrils of the extracellular matrix of nanoscale body tissues in their genetically determined structure are phylogenetically extremely conservative (ie biologically successful).

Die Fibrilline der fibrillin-reichen Mikrofibrillin der elastischen Fasern der Vertebraten und des Menschen sind praktisch unverändert dem Fibrillin im Bauplan von Quallen (24).The fibrillins of the fibrillin-rich microfibrillin of the vertebrate and human elastic fibers are virtually unchanged from the fibrillin in the blueprint of jellyfish (24).

Die Kollagene verschiedener Tierklassen zeigen eine Abhängigkeit ihrer Shrinkage-Temperatur von der Körpertemperatur der betreffenden Tierspezies (23).The collagens of different animal classes show a dependency of their shrinkage temperature on the body temperature of the respective animal species (23).

Elastin ist erst bei den Vertebraten (Wirbeltieren) mit ihrem hochentwickelten Kreislaufsystem ausgebildet (23; 24). Doch besitzen die Arthropoden (z. B. Insekten) ein funktionell analoges elastisches Strukturprotein Resilin, das ihnen den elastischen Flügelschlag ermöglicht (23; 24; 75).Elastin is first developed in vertebrates (vertebrates) with its highly developed circulatory system (23, 24). However, the arthropods (eg, insects) have a functionally analogous elastic structural protein Resilin, which allows them the elastic wing beat (23, 24, 75).

Für isolierte Kollagen-Typ-I-Fibillen (also Nanofasern des Knochen- und Sehnengewebes) ist 2009 mit moderner Einzelfasermessung (41) dessen piezoelektrische Aktivität und pyroelektrische Polarisation bestätigt worden, wie bereits aus den Messungen von Fukada (37) an Kollagenpräparation und von Athenstaedt (28) – also zwischen 1954 und 1971 – bereits experimentell und valide gezeigt worden war.For isolated collagen type I fibroses (ie nanofibers of bone and tendon tissue), its piezoelectric activity and pyroelectric polarization have been confirmed in 2009 with modern single-fiber measurement (41), as already shown by the measurements of Fukada (37) on collagen preparation and by Athenstaedt (28) - between 1954 and 1971 - had already been shown experimentally and validly.

Für elastische Mikrofibrillen, Elastin und Resilin sind entsprechende grundsätzliche bioelektrische Studien hier nicht bekannt.For elastic microfibrils, elastin and resilin corresponding basic bioelectric studies are not known here.

Im medizinischen Schrifttum wurde die vom Antragsteller publizierte biologische Hypothese einer elektrophysiologische Funktion der Kollagenfibrillen der nerv-losen extrazellulären Matrix der Binde- und Stützgewebe (1–4; 9) zwar, wie ausgeführt – nach nicht inhaltlich näher diskutiert und wahrgenommen, wird selbst die biophysikalisch nicht in Zweifel zu ziehende Piezoelektritität der Kollagenfibrillen (37; 28; 41) in ihrer biologischen Signifikanz für die Struktur- und Leistungsanpassung von Knochen und Bindegeweben und also als substantieller Aspekt in der biologischen Unterlegung des Wolff'schen Gesetzes bislang im Schrifttum noch skeptisch bis zurückhaltend diskutiert (27).In the medical literature, the biological hypothesis of an electrophysiological function of the collagen fibrils of the nerve-less extracellular matrix of the connective and supporting tissues (1-4; 9) published by the applicant was, as stated, not discussed and perceived in detail, even the biophysical undoubted piezoelectricity of the collagen fibrils (37; 28; 41) in their biological significance for the structural and performance adaptation of bones and connective tissues and thus as a substantive aspect in the biological underlay of Wolff's law so far skeptical in the literature skeptical to restrained discussed (27).

Andererseits aber suchen ganzheitsmedizinisch interessierte Mediziner seit Jahrzehnten ein regulatives ,Interface' zwischen den freien Nervenendigungen des weichen Bindegewebes und den Bindegewebszellen, suchten hier lange und erfolglos nach „kleinen Nervenfasern” in der extrazellulären Matrix (44).On the other hand, physicians interested in holistic medicine have been searching for decades for a regulative 'interface' between the free nerve endings of the soft connective tissue and the Connective tissue cells have long and unsuccessfully searched for "small nerve fibers" in the extracellular matrix (44).

Es war also doch wohl eine – vor den eigenen Publikationen (1–4) – schwierige anatomisch-physiologische Aufgabenstellung, z. B. in der nun wirklich histologisch übersichtlichen, voluminösen extrazellulären Matrix von Gelenkknorpel einen anatomisch elektrischen Leiter zwischen den vegetativen Nervenfasern im Markraum zwischen den subchondralen Spongiosabälkchen des Knochens zu den isoliert im Gelenkknorpel gelegenen Chondrozyten (Knorpelzellen zu finden).So it was probably a - before the own publications (1-4) - difficult anatomic-physiological task, z. For example, in the really histologically clear, voluminous extracellular matrix of articular cartilage, an anatomical electrical conductor can be found between the vegetative nerve fibers in the medullary space between the subchondral cancellous bone of the bone and the chondrocytes isolated in the articular cartilage (cartilaginous cells).

Da es um eine bioelektrische Signalleitung über kurze Distanz von Millimetern ging, würde ein Biophysiker oder Biotechnologe eine anatomische „Leiterstruktur” von kleinerem Querschnitt als des Nervenfasern des Ischaisnerven suchen und mit einer shr kleinen Signalamplitude (vielleicht in der Größe eines für Kollagen beschriebenen Pieozsignals (s. 37, 28, 21, 27). – Die Forscher sahen im histologischen Gesichtsfeld nur die Kollagenfibrillen der Knorpelmatrix, welche auch bekanntermaßen (Benninghoff's Modell, 1925) aus dem subchondralen Knochen in den Gelenkknorpel einstrahlen, jede Chondrozytenmembran 1000-fach kontaktiert (45). – aber die Kollagenfibrillen waren ja bereits mit ihrer unstrittigen biomechanischen Aufgabe belegt.Since it was about a short distance of millimeter bioelectric signal conduction, a biophysicist or biotechnologist would search for an anatomical "ladder" structure of smaller cross section than the nerve fibers of the ischial nerve and with a small signal amplitude (perhaps the size of a piezo signal (see p 37, 28, 21, 27) .- In the histological field of vision only the collagen fibrils of the cartilaginous matrix, which are known to radiate from the subchondral bone into the articular cartilage (Benninghoff's model, 1925), contacted each chondrocyte membrane 1000 times (45). - but the collagen fibrils were already occupied with their undisputed biomechanical task.

Die eigene neue Idee war, dass die Natur hier vielleicht nicht ein dünnes elastisches „Halteseil” sowie einen gleich-dicken, gleich-elektromechanisch aktive „bioelektrischen Signalleiter” (als Endstrecke des Nervensystems) nebeneinander packt, sondern eine zweckmäßige fibrilläre pyroelektrische supramolekulare Proteinstruktur für beide Funktionen benutzt (und als biomechanischer Biosensor der Matrix und als Fixationsstruktur für Enzyme und als Rezeptor für Gewebshormone u. a. m).Their own new idea was that here nature may pack not a thin elastic "tether" and an equally-thick, equally-electromechanically active "bioelectric signal conductor" (as the end of the nervous system) side by side, but a useful fibrillar pyroelectric supramolecular protein structure for both Functions (and as a biomechanical biosensor of the matrix and as a fixation structure for enzymes and as a receptor for tissue hormones and others m).

Für ein neues konzeptionelles Verständnis der supramolekularen fibrillin-reichen (Nano-)-Mikrofibrillen der extrazellulären Matrix der elastischen Körpergewebe stand aus der Sicht des Antragsstellers die vergleichbare heuristische Herausforderung an.For a new conceptual understanding of the supramolecular fibrillin-rich (nano) microfibrils of the extracellular matrix of the elastic body tissue, the applicant faced the same heuristic challenge.

Der Antragsteller hat – nachdem im Schrifttum bereits das Konzept eines kollagenfibrillenassoziierten, piezo- bzw. pyroelektrischen Biosensors beschrieben war (17; 29) – seinerzeit erstmals im Schrifttum aus eigenen, mit H.-I. Rückmann durchgeführten Messungen an schlachtfrischem Knorpelgewebe (2–4; 9–12) postuliert,

  • – dass in der extrazellulären Knorpelmatrix eine bevorzugte elektrische Leitfähigkeit entlang den nativen Kollagenfibrillen besteht, so dass daraus für die nervlosen extrazellulären Matrix in vivo – neben ihrer tensilen, biomechanischen Funktion – eine nerv-analoge biologische Signalleitfunktion der Kollagenfibrillen in vivo gefolgert und konzipiert werden kann: (a) im Kontext der Matrixbiosensor-zu-Zell-Kommunikation, (b) der Zell-zu-Zelt-Kommunikation sowie (c) einer kollagenfibrillen-vermittelten Informationsübertragung zwischen freien Nervenendigungen und den Zellen des Knorpel-, Knochen- und Bindegewebes) (1–4, 9).
The applicant has - after the literature already described the concept of a Kollagenfibrillenassoziierten, piezo or pyroelectric biosensor (17; 29) - at the time its first time in the literature from its own, with H.-I. Rückmann carried out measurements on fresh-cut cartilage tissue (2-4, 9-12),
  • That in the extracellular cartilage matrix there is a preferred electrical conductivity along the native collagen fibrils, so that in addition to their tensile, biomechanical function, a nerve-analogous biological signaling function of the collagen fibrils in vivo can be inferred and conceived in vivo for the nerve-less extracellular matrix: (a) in the context of matrix biosensor-to-cell communication, (b) cell-to-cell communication, and (c) collagen-fibril-mediated information transfer between free nerve terminals and the cartilaginous, bone, and connective tissue cells ( 1-4, 9).

Die eigene bioelektrische Kollagenfibrillen-Biosensor- und Signalleit-Hypothese führte in der Prüfung durch die Inauguratoren (1; 2) zu einer Reihe in sich widerspruchsfrei schlüssiger und wissenschaftlich relevanter biologischer und medizinischer Folgerungen:

  • • Aus kalkulierten Literaturdaten wurde gefunden, dass die Kollagen-Einzelfibrillen der Knorpelmatrix (um 70% Wassergehalt) infolge des stark hygroskopischen Verhaltens der Aggrakane/Proteoglykane (PG) einen Wassergehalt von nur etwa 1% aufweisen (2), bei welchem Kollagen die höchsten piezo-elektrischen Konstanten aufweist (37).
  • • Mit dem eigenen Kollagenfibrillen-Konzept hebt sich die konträre Diskussion über die biologische Relevanz piezoelektrischer (17, 28) und strömungselektrischer Phänomene (22, 21, 27) der extrazellulären Matrix im konzipierter hierarchischer elektrophysiologischer Matrixregulation auf (1–4; 9). Da die Ampitude von Piezopotentialen in Knorpel und Knochen etwa 103 mal kleiner ist als die Amplitude von Strömungspotentialen bei der Belastung von physiologischfeuchtem Knorpel oder Knochen (21), resultierte die auf den ersten Blick schlüssige Folgerung, dass die Piezoelektrizität von Kollagen-fibrillen in vivo als ein nicht relevantes Artefakt anzusehen sei (21; 27). Sind die Piezosignale hingegen Teil eines bioelektrischen Signalsystems entlang den nerv-analogen Kollagenfibrillen der Matrix (1, 9), so ist dann ihre Amplitude von einigen Nanoampere und ihre Relaxation innerhalb 10–9 bis 10–7 sec. (21) eben die optimal geeignete Dimension eines bioelektronischen Signals (1–4; 9).
  • • Die funktionell-biomechanische Leistungsabstimmung aller Gelenkknorpelareale eines intakten oder arthrotisch vorgeschädigten Kniegelenkes lässt sich, was gleichfalls im medizinischen Schrifttum noch nicht reflektiert wurde, aus strömungselektrisch definierten, für ein jeweiliges Gelenk charakteristischen Korrelationsgeraden beschreiben (1–4, 12, 9).
  • • Mit einem neuen Synovia-Regelkonzept (7) führte das eigene hierarchische elektrophysiologische Knorpelmatrixkonzept (1; 9) zu einem neuen Verständnis der Pathogenese und Krankheitsdynamik der Arthrose (6; 7).
The own bioelectric collagen fibril biosensor and signal conduct hypothesis led in the examination by the Inauguratoren (1, 2) to a series in consistent consistent and scientifically relevant biological and medical consequences:
  • Calculated literature data have shown that the collagen monofilaments of the cartilage matrix (by 70% water content) have a water content of only about 1% due to the highly hygroscopic behavior of the aggrakane / proteoglycans (PG) (2), in which collagen has the highest piezoelectricity electrical constant (37).
  • • The contrarian discussion on the biological relevance of piezoelectric (17, 28) and flow-electrical phenomena (22, 21, 27) of the extracellular matrix in conceptualized hierarchical electrophysiological matrix regulation (see pp. 9) is canceled out with the own collagen fibril concept. Since the amplitude of piezopotentials in cartilage and bone is about 10 3 times smaller than the amplitude of flow potentials in the loading of physiologically moist cartilage or bone (21), the conclusion that emerged at first glance is that the piezoelectricity of collagen fibrils in vivo was to be regarded as a non-relevant artifact (21; 27). If, on the other hand, the piezoelectric signals are part of a bioelectrical signal system along the nerve-analogous collagen fibrils of the matrix (1, 9), then their amplitude of a few nanoamperes and their relaxation within 10 -9 to 10 -7 sec. (21) is the optimal one Dimension of a bioelectronic signal (1-4, 9).
  • • The functional-biomechanical performance of all joint cartilage areas of an intact or arthrotically damaged knee joint can be described, which has not yet been reflected in medical literature, from a fluidically defined correlation line characteristic of a particular joint (1-4, 12, 9).
  • • With a new synovial control concept (7), the own hierarchical electrophysiological cartilage matrix concept (1; 9) led to a new understanding of the pathogenesis and disease dynamics of osteoarthritis (6; 7).

Es wurde auch bereits Anfang der 90-iger auf die biotechnologische, bioelektronische Dimension des Konzepts hingewiesen: (5) und Patentschrift DE 43 14 688 A1 (Az. P 43 14 588.4; Anmeldetag: 29.4.93).The biotechnological, bioelectronic dimension of the concept was already referred to at the beginning of the 90's: (5) and patent specification DE 43 14 688 A1 (File P 43 14 588.4, filing date: 29.4.93).

Die hier nunmehr durch den Antragsteller zu beschreibende Erfindung, die technologische Nutzung elektrischer und nanoelektrischer Eigenschaften von biogenen supramolekularen elastischen Faser- und Fibrillensystemen, Elastin, fibrillin-reiche Mikrofibrillen sowie kompexe elastische Nano-Fasern aus diesen, in physiologischer Quartärstruktur betreffend, leitet sich aus den früheren experimentellen Studien und biophysikalischen Messungen an nativem, schlachtfrischem kollagenfibrillen-haltigem Knorpelgewebe sowie daraus generierten wissenschaftlicher Analyse und weiter führenden Folgerungen und nanotechnologischen Aussagen her.The invention now to be described by the applicant, the technological use of electrical and nanoelectric properties of biogenic supramolecular elastic fiber and fibril systems, elastin, fibrillin-rich microfibrils and kompexe elastic nano-fibers of these, concerning physiological quaternary structure, derives from the Previous experimental studies and biophysical measurements on native, fresh-sliced collagen-fibril-containing cartilage tissue and the resulting scientific analysis and further conclusions and nanotechnological statements.

Da sowohl die elektrophysiologische Knorpelmatrixkonzept einschließlich der medizinischen Folgerungen (1–4; 6–16; 25) (nach dem Ende der universitären Lebensphase des Antragsstellers 02/1996) als auch die bioelektronischen Folgerungen (5) von 1993 (bei damaligen Entwicklungsstand nanoelektronischen Biotechnologie) seinerzeit im Schrifttum wenig Resonanz fand (nunmehr jedoch als Review (1) und Reprint 2010 verfügbar (25; 7; 9)), werden im Folgenden – wie bereits angekündigt und begründet – einige allgemeine Ausführungen zum elastischen Fibrillensystem, dann die Herleitung, die Ergebnisse und die Aussage des eigenen elektrophysiologischen Kollagenfibrillenkonzeptes noch einmal im kurzen Überblick dargelegt und mit Abbildung erläutert, um dann Inhalt und Aussage der Erfindung, nämlich des neuartigen technologischen und bioelektronischen Einsatzes der genannten biogenen elastischen Nanofibrillen und elastischen Faserstrukturen zu beschreiben.Since both the electrophysiological cartilage matrix concept including the medical implications (1-4; 6-16; 25) (after the end of the university life phase of the applicant 02/1996) and the bioelectronic conclusions (5) of 1993 (at that stage of development nanoelectronic biotechnology) At that time there was little resonance in the literature (now available as review (1) and reprint 2010 (25; 7; 9)), in the following - as already announced and justified - some general remarks on the elastic fibril system, then the derivation, the results and the statement of their own electrophysiological Kollagenfibrillenkonzeptes again outlined in a brief overview and explained with illustration, to then describe content and message of the invention, namely the novel technological and bioelectronic use of said biogenic elastic nanofibrils and elastic fiber structures.

2. Elastische Fasersysteme der extrazellulären Matrix von Körpergeweben2. Elastic fiber systems of the extracellular matrix of body tissues

Die Definition, Klassifikation und Benennung der unterschiedlichen biopolymeren Fibrillen- und Fasersysteme der extrazellulären Matrix ist – allein schon bei einer Begrenzung auf die Körpergewebe der Vertebraten (Wirbeltiere) – immer noch erheblich divergierend (23; 24; 49; 54–55; 61; 62) und bedarf für die Beschreibung der Erfindung vorab einer Kommentierung.The definition, classification and naming of the different biopolymeric fibril and fiber systems of the extracellular matrix, even when limited to vertebrate body tissues (vertebrates), are still significantly divergent (23; 24; 49; 54-55; 61; 62 ) and needs for the description of the invention beforehand a comment.

Im histologisch-anatomischen Schrifttum werden bzw. wurden über lange Zeit 3 Fasergruppen der extrazellulären Matrix unterschieden: Kollagenfasern (aus fibrillen-bildendem Kollagen Typ I, II oder III), retikuläre Fasern und elastische Fasern. Ushiki (62) weist darauf hin, dass retikuläre Fasern aus Kollagenfibrillen aufgebaut sind, damit zu den Kollagenfasern zu rechnen.In the histological-anatomical literature, 3 extra-cellular fiber groups are or have been distinguished for a long time: collagen fibers (from fibril-forming collagen type I, II or III), reticular fibers and elastic fibers. Ushiki (62) points out that reticular fibers are built up from collagen fibrils in order to be able to calculate the collagen fibers.

Die für retikuläre Fasern als charakteristisch beschriebene Anfärbbarkeit mit Ag+-Ionen beruht auf einer Reaktion des Ag+ mit kleinvolumigen Proteoglykanen (PG), welche an die Kollagenfibrillen der retikulären Fasern angelagert sind; es handelt sich nicht um eine Ag+-Anfärbung der Fibrillen selbst (62).Ag + ion stainability characteristic of reticular fibers is due to a reaction of Ag + with small volume proteoglycans (PG) attached to the collagen fibrils of the reticular fibers; it is not an Ag + staining of the fibrils themselves (62).

Auch die Kollagenfibrillen der extrazellulären Matrix von Gelenkknorpel und Knochengewebe der Vertebraten sind pro Kollagenperiode von kleinen PG umgeben (42; diskutiert bei 1; 2; 9).Also, the collagen fibrils of the extracellular matrix of articular cartilage and vertebrate bone tissue are surrounded by small PGs per collagen period (42, discussed at 1, 2, 9).

Es sind jedoch in der Knochenmatrix die Kollagenfibrillen zusätzlich segmental mit Apatitkristallen belegt; und in der Knorpelmatrix sind die Kollagenfibrillen entsprechend von großen, hygroskopisch geschwollenen PG und PG-Hyaluronat-Komplexen umgeben, so dass in beiden Fällen die kleinen PG der Kollagenfibrillen „maskiert” und nicht argyrophil anfärbbar sind.However, in the bone matrix, the collagen fibrils are additionally occupied segmentally with apatite crystals; and in the cartilage matrix, the collagen fibrils are correspondingly surrounded by large, hygroscopically swollen PG and PG-hyaluronate complexes, so that in both cases the small PGs of the collagen fibrils are "masked" and not argyrophil stainable.

So ist also von 2 tensilen Fasertypen der extrazellulären Matrix von mesenchymalen und Bindegeweben auszugehen:

  • (a) Kollagenfasern und Kollagenfibrillen verschiedener Fibrillentypen, welche eine typische Periodengliederung von 64 bis 67 nm aufweisen und pro Periodensegment u. a. von sterisch assoziierten Proteoglykanen (PG) umgeben sind (in der Knochenmatrix zusätzlich von segmentalen Apatitkristallen umgeben, in der Knorpelmatrix zusätzlich von voluminösen PG und PG-Hyaluronat-Komplexen) und
  • (b) elastischen Fasern und elastische Mikrofibrillen, die aus elastischen Mikrofibrillen und Elastin bestehen und die in unterschiedlicher Quantität die extrazelluläre Matrix vermutlich aller Körpergewebe durchziehen, auch aus methodischen Gründen und bei fehlen-der Fragestellung noch nicht in allen vollständig beschrieben wurden.
Thus, two tensile fiber types of the extracellular matrix of mesenchymal and connective tissues are assumed:
  • (a) Collagen fibers and collagen fibrils of different types of fibrils, which have a typical periodic breakdown of 64 to 67 nm and are surrounded per periodic segment, inter alia sterically associated proteoglycans (PG) (in the bone matrix additionally surrounded by segmental apatite crystals, in the cartilage matrix additionally of voluminous PG and PG-hyaluronate complexes) and
  • (b) elastic fibers and elastic microfibrils, which consist of elastic microfibrils and elastin and which, in varying quantities, pass through the extracellular matrix, presumably all of the body tissues, have not been fully described in all, also for methodological reasons and in the absence of a problem.

Elastische Fasern werden unterschieden in Elastin-Fasern, Elaunin-Fasern und Oxytalan-Fasern (24, 55; 57; 58; 60; 62). Alle drei enthalten elastische Mikrofibrillen von 10–12 Nanometern Durchmesser.Elastic fibers are distinguished into elastin fibers, elaunin fibers and oxytalan fibers (24, 55; 57; 58; 60; 62). All three contain elastic microfibrils 10-12 nanometers in diameter.

Der relative Anteil von Elastin ist groß in Elastinfasern, ist kleiner in Elaunin-Fasern. Oxytalan-Fasern bestehen nur aus Bündeln von elastischen Mikrofibrillen, ohne Elastin-Kern (24; 55; 62; 63).The relative proportion of elastin is large in elastin fibers, smaller in elaunic fibers. Oxytalane fibers consist only of bundles of elastic microfibrils without elastin core (24, 55, 62, 63).

Eine größere Zahl von bekannten Strukturproteinen vermitteln das Arrangement von Fibrillin-Proteine zu den elastischen Mikrofibrillen (microfibril-associated glycopro-teins MAGP-1 und –2 u. a.), vermitteln die sterische Assoziation zwischen Elastinkern und umgebenden Mikrofibrillen der elastischen Fasern (Emilin-1 und –2 u. a.) bzw. vermitteln Kontakte zu anderen Komponenten der extrazellulären Matrix, zu Basalmembranen, zur Zellmembran (55; 63; 24) bzw. auch zu anorganischen Oberflächen. A larger number of known structural proteins mediate the arrangement of fibrillin proteins to the microfibril-associated glycoproteins MAGP-1 and -2 et al., Mediating the steric association between elastin core and surrounding microfibrils of the elastic fibers (Emilin-1 and -2 et al.) Or mediate contacts to other components of the extracellular matrix, to basement membranes, to the cell membrane (55, 63, 24) or even to inorganic surfaces.

Elastische Mikrofibrillen gehören zum Bauplan der Bindegewebsmatrix aller Körpergewebe (23, 24). In Geweben mit zyklisch-elastischer Beanspruchung finden sich zahlreiche Elastinfasern und Elauninfasern aus Mikrofibrillen und Elastin.Elastic microfibrils belong to the blueprint of the connective tissue matrix of all body tissues (23, 24). In fabrics with cyclic-elastic stress, there are numerous elastin fibers and elaunic fibers made of microfibrils and elastin.

Inzwischen ist auch durch moderne histomorphologische Studien verlässlich belegt, dass elastische Fasern und Mikrofibrillen nicht, wie lange Zeit angenommen wurde, allein in bestimmten elastisch beanspruchten Körpergeweben vorkommen (Arterienwand, Lunge, Haut; 59; 63; Sehne, Sehnenscheide, Nervenscheide; 49; 60; 61), instruktives Beispiel ist der Gelenkknorpel (51; 57; 64). Das elastische Fasersystem ist in der Matrix des sog. elastischen Knorpelgewebes (z. B. Ohrmuschel, Nasenscheidewand) ausgeprägter, enthält ein Netz von elastischen Fasern, ist jedoch auch im Gelengknorpel vorhanden (57; 64).In the meantime, modern histomorphological studies have reliably established that elastic fibers and microfibrils are not found in certain elastically stressed body tissues (arterial wall, lung, skin; 59; 63; tendon, tendon sheath, nerve sheath; 49; 60) 61), instructive example is the articular cartilage (51; 57; 64). The elastic fibrous system is more pronounced in the matrix of the so-called elastic cartilaginous tissue (eg auricle, nasal septum), contains a network of elastic fibers, but is also present in the cartilage of the cartilage (57, 64).

Mit morphologischen Berichten, dass der Nachweis von elastischen Faserstrukturen und Mikrofibrillen selbst mit konventioneller Elektronenmikroskopie schwierig ist, technische Kunstgriffe erfordernd (61) bzw. spezialisierte Methodik (50; 57; 64), so kann hier noch eine Komplettierung des Bildes erwartet, etwa über die topographische Verbreitung von Fibrillinreichen Mikrofibrillen und Oxatalan-Fasern.With morphological reports that the detection of elastic fiber structures and microfibrils is difficult even with conventional electron microscopy, requiring technical artifices (61) or specialized methodology (50; 57; 64), a completion of the image is expected here, for example via the topographic distribution of fibrillin-rich microfibrils and oxatalan fibers.

Es ist belegt, dass elastische Mikrofibrillen über Rezeptor- bzw. Attachment-Strukturen an der Zellmembran andocken (43; 63); doch wie bei den Kollagenfibrillen diskutiert man hier bislang nicht eine bioelektrische Regulation, vielmehr die Funktion der ,Zellaufhängung' (Attachment) und per biochemischem Rezeptormodell vermittelte biologische Regulationen der Mikrofibrillen (43; 53).It has been demonstrated that elastic microfibrils attach to the cell membrane via receptor or attachment structures (43; 63); However, as in the case of collagen fibrils, biogeochemical regulation has not been discussed so far, but rather the function of 'cell attachment' and biochemical receptor model-mediated biological regulation of microfibrils (43, 53).

Funktionell interessant hinsichtlich der elastischen Eigenschaften und Energierückgewinnung, aber auch hinsichtlich einer potentiellen nanotechnologischen Nutzung der 10–12 Nanometer dicken elastischen Mikrofibrillen ist deren spezifische segmentale Faltung der Mikrofrbrillenstruktur im nicht-extendierten Zustand (48; 54), welche im histologischen Bild einen segmental perlschnur-artigen Aspekt ergeben und funktionell eine elastische Längung der Mikrofibrillen (54; 48), ggf. sogar auch plastische Längung im Bereich der Faltungsstruktur ohne eine Fibrillenruptur ermöglichen mit der Möglichkeit biochemischer ,Reparatur' (etwa analog zur plastischen Perioden-Längung von Kollagenfibrillen, Bonart, 1974, ref. in 2).Functionally interesting in terms of elastic properties and energy recovery, but also with respect to a potential nanotechnological use of 10-12 nanometers thick elastic microfibrils is their specific segmental folding of the microfibrillar structure in the non-extended state (48; 54), which in the histological picture is a segmental pearlescent. and functionally permit elastic elongation of the microfibrils (54, 48), possibly even plastic elongation in the area of the folding structure without fibril rupture, with the possibility of biochemical repair (similar to the plastic period elongation of collagen fibrils, Bonart, 1974, ref in 2).

Obwohl auch Elastin hygroskopisch ist (völlig trocken von glasartiger Konsistenz), begrenzen die zahlreichen apolaren Aminosäuren – Desmosin und Isodesmosin – das hygroskopische Verhalten, ist die Konsistenz des Elastin augenscheinlich entsprechend weniger abhängig vom PG-Besatz der Matrix.Although elastin is hygroscopic (completely dry of glassy consistency), the numerous apolar amino acids - desmosine and isodesmosine - limit the hygroscopic behavior, and the consistency of elastin is apparently correspondingly less dependent on the PG population of the matrix.

In einer interdisziplinären Analogiebetrachtung erschiene aus der Sicht des Antragsstellers die biologische Hypothese einer bioelektrischen Signalleitung entlang den elastischen fibrillin-reichen Mikrofibrillen im Konzept plausibel; erschiene es dabei eine naheliegende, wenngleich noch nicht geprüfte Idee, in der segmentalen elastischen Faltungsstruktur der perlschnurartigen Mikrofibrillen (54; 48) nach einem neuen, weiteren, elastischen Matrix-Biosensor zu suchen. (Man wird experimentelle Daten dazu erst erarbeiten, wenn vorab eine solche Hypothese formuliert ist).In an interdisciplinary analogy, the biological hypothesis of a bioelectrical signal line along the elastic fibrillin-rich microfibrils seemed plausible in the applicant's perspective; In this case, it seems obvious, if not yet tested, to look for a new, additional, elastic matrix biosensor in the segmental elastic folding structure of the pearlescent microfibrils (54, 48). (Experimental data will only be compiled if such a hypothesis is formulated in advance).

3. Elektrophysiologisch-bioelektronisches Kollagenfibrillen-Konzept3. Electrophysiological-bioelectronic collagen fibril concept

Weil für die Beschreibung und die Erklärung des Erfindungsanspruchs zum Verständnis sinnvoll, soll im Folgenden die damalige eigene wissenschaftliche Annäherung an das beschriebene hierarchische elektrophysiologische Matrix-Konzept und die bioelektrischen Biosensor- und Signalleitfunktion der nativen Kollagenfibrillen noch einmal dargelegt (1–4; 9; 6; 7) und mit einigen Messdaten im Bild referiert.Because it makes sense for the description and the explanation of the claim for invention to understand, the former own scientific approach to the described hierarchical electrophysiological matrix concept and the bioelectrical biosensor and signal-guiding function of the native collagen fibrils will be explained again (1-4, 9, 6) ; 7) and with some measurement data in the picture.

Der Antragsteller befasste sich ab 1981 als Arzt und Facharzt für Orthopädie, (Klinik für Orthopädie der Charité), ab 1982 in einer Zusammenarbeit mit dem Festkörperphysiker H.-I. Rückmann (Sektion Physik der Humboldt-Universität) u. a. auch mit einer Nachuntersuchung einiger 1964 durch R. O. Becker (New York) publizierter bioelektrischen Experimente (17).The applicant dealt from 1981 as a physician and specialist in orthopedics, (Department of Orthopedics Charité), from 1982 in a collaboration with the solid state physicist H.-I. Rückmann (Physics Section of the Humboldt University) u. a. also with a follow-up of some bioelectrical experiments published by R. O. Becker (New York) in 1964 (17).

Robert O. Becker (17) hatte bereits 1964 die Idee eines elementaren Biosensors der Knochenmatrix aus Kollagen-Periode und angelagertem Apatitkristall formuliert ( ), erkannte aber damals noch nicht die Möglichkeit einer gerichteten Signalfortleitung des in einem Kollagen-Apatit-Biosensor generierten piezoelektrischen bzw. rektifizierten bioelektrischen Signals.As early as 1964 Robert O. Becker (17) had formulated the idea of an elementary biosensor of the bone matrix consisting of a collagen period and an attached apatite crystal ( ), but at that time did not recognize the possibility of directional signal propagation of the piezoelectric or rectified bioelectrical signal generated in a collagen-apatite biosensor.

Becker wusste, dass Kollagen piezoelektrisch reagieren kann (Fukada und Yasuda, 1957; 37), dass also aus der Dehnung und Entspannung der Helixstrukturen einer Kollagenperiode ein biphasische Piezosignale generiert werden können.Becker knew that collagen can react piezoelectrically (Fukada and Yasuda, 1957; 37), so that a biphasic piezoelectric signal can be generated from the stretching and relaxation of the helical structures of a collagen period.

Dies führte R. O. Becker (17, 19) zu der Feststellung, dass in den Kollagenfibrillen bei physiologischer Dehnungsbeanspruchung also augenscheinlich eine signifikante Information der funktionellen Beanspruchung der betreffenden Mikroregion des Knochens generiert wird, dass jedoch andererseits solche biphasischen (+/–)-Piezosignale nicht unmittelbar zu einer die Osteozyten (Knochenzellen) stimulierenden Milieuänderung der beanspruchten Knochenmatrix führen kann. This led RO Becker (17, 19) to the conclusion that in the collagen fibrils under physiological strain so obviously a significant information of the functional stress of the respective micro-region of the bone is generated, but on the other hand, such biphasic (+/-) - Piezosignale not directly can lead to an osteocyte (bone cells) stimulating environment change of the claimed bone matrix.

(Es sei erläutert, dass zahlreiche Daten belegen und also allgemein davon ausgegangen werden kann, dass in einem definierten Wertebereich eine elektronegative/leicht basische Milieuänderung den Zellstoffwechsel stimulieren, eine elektropositive/leicht saure Milieuänderung den Zellmetabolismus im Sinne eines positiven Feedbacks gegenüber der erfolgten funktionellen Beanspruchung der Knochenstruktur beeinflussen kann; siehe auch 7).(It should be explained that numerous data show that it can generally be assumed that in a defined range of values an electronegative / mildly basic change in the environment stimulates cell metabolism, an electropositive / slightly acidic change in the environment will have cell metabolism in the sense of a positive feedback compared to the functional stress can influence the bone structure, see also 7).

R. O. Becker (1964; 17) hatte das Standardwerk orthopädischer Funktionsanpassung des Knochens vor Augen (20; 8) und suchte für eine elektrophysiologische Unterlegung des Wolff'schen Gesetzes nach einem sog. second messenger, vermittels dessen sich die primär biphasischen Piezopotentiale der beanspruchten Kollagen-Perioden in eine elektronegative Milieuänderung der beanspruchten Knochenmatrix transformierten.RO Becker (1964; 17) had the standard work of orthopedic functional adaptation of the bone in mind (20; 8) and looked for an electrophysiological underlay of Wolff's law for a so-called second messenger, by means of which the primary biphasic piezotentials of the claimed collagen Periods transformed into an electronegative environment change of the claimed bone matrix.

Dies gelang mit dem Modell von R. O. Becker (17) inaugurierten Modell eines dioden-artigen pn-Übergangs zwischen Kollagenperiode (n-Material) und umgebendem Apatitkristall (p-Material) als ,second messenger', so dass die bei der Knochenbeanspruchung generierten biphasischen Piezopotentiale an den Kollagen-Apatit-Übergängen in monophasischen elektronegativen Ladungs-Input umgewandelt werden.This was done with the model of RO Becker (17) inaugurated model of a diode-like pn-junction between collagen period (n-material) and surrounding apatite crystal (p-material) as 'second messenger', so that the biphasic piezo potentials generated during bone stress at the collagen-apatite junctions are converted into monophasic electronegative charge input.

Becker (17) schätzte ab, dass sich ca. 109 elementare Kollagen-Apatit-Biosensoren in der Matrixumgebung einer jeder Knochenzelle befinden, sich deren rektifizierte Biosensorsignale zu einer elektronegativen Milieuänderung und damit zu einem biologisch signifikantes Signal der Funktionsbeanspruchung überlagern können. Nach damaligem Wissensstand ergab sich für ihn eine attraktive Hypothese für eine elektrophysiologische Unterlegung (17) des Wolff'schen Gesetzes (der biomechanischen Funktionsanpassung der Knochenstruktur) (20).Becker (17) estimated that approximately 10 9 elemental collagen-apatite biosensors are located in the matrix environment of each bone cell, whose rectified biosensor signals can be superimposed to an electronegative change in the environment and thus to a biologically significant signal of functional loading. According to the current state of knowledge, he found an attractive hypothesis for an electrophysiological underlay (17) of Wolff's law (the biomechanical functional adaptation of the bone structure) (20).

R. O. Becker u. a. (17) konzipierten darauf ein technisch einfaches, doch geniales Experiment der Aufnahme einer Spannungs-Strom-Charakteristik an schlachtfrischen, quaderförmigen Knochenproben, indem die Elektrodenposition einer angelegten galvanischen μA-Exposition der Knochenprobe so gewählt wurde, dass der Stromfluss durch die postulierten pn-(positivinegativ)-Kollagen-Apatit-Übergänge der Knochenmatrix erfolgte ( ).RO Becker et al. (17) conceived a technically simple, yet ingenious experiment of recording a voltage-current characteristic of fresh, cuboid bone samples by selecting the electrode position of an applied galvanic μA exposure of the bone sample so that the current flow through the postulated pn (positive-negative) collagen-apatite transitions of the bone matrix occurred ( ).

Dazu wurde eine kortikale Knochenprobe eines langen Röhrenknochens (mit also dominierend längsparalleler Kollagenfibrillenarchitektur) und eine Elektrodenpostion an orthogonal benachbarten Kantenflächen der Knochenprobe gewählt (bezeichnet als Kollagenschnittflächen- und Flanken-Elektrode) (siehe ).For this purpose, a cortical bone sample of a long tubular bone (thus dominating longitudinally parallel collagen fibril architecture) and an electrode position on orthogonally adjacent edge surfaces of the bone sample were selected (referred to as collagen interface and flank electrode) (see ).

Es resultierte in der Tat aus der makroskopischen elektrischen Messung an frischen Knochenproben die erwartete dioden-artige U-I-Charakteristik, und sie schien zu bestätigen, dass eine aus Piezoelektrizität des Knochens generierte elektronegative Milieuverschiebung in der Knochenmatrix das gesuchte biologische Signal für die Struktur- und Trainingsanpassung des Knochens sei.Indeed, the macroscopic electrical measurement on fresh bone specimens resulted in the expected diode-like UI characteristic, and it appeared to confirm that an electronegative milieu shift in the bone matrix generated from piezoelectricity of the bone provided the sought-after biological signal for structure and training adaptation of the bone.

In Becker's Messung (9; ) führt allein der Wechsel der Stromrichtung der galvanischen Exposition zu einer ca. 5- bis 30-fachen Änderung der elektrischen Leitfähigkeit der schlachtfrischen Knochenprobe (in nicht-linearer Funktion von Spannung U und Stromstärke I, wie bei einer technischen Diode).In Becker's measurement (9; ), only the change in the current direction of the galvanic exposure leads to an approximately 5 to 30-fold change in the electrical conductivity of the fresh bone sample (in non-linear function of voltage U and current I, as in a technical diode).

Es gab jedoch bereits in den 60-igern im Schrifttum auch heftige physikalische Einwände (46) gegen Becker's solid-state-Konzept bioelektrischer Regulation der Knochenstruktur (von 1964), da doch schlachtfrischer Knochen um 6% Wassergehalt hat.However, in the sixties there have been fierce physical objections (46) to Becker's solid-state concept of bioelectrical regulation of bone structure (1964), since bones fresh from the bone have a water content of 6%.

Richtig schwierig wurde es jedoch erst mit dem durch Alice Maroudas 1968 (40; 22) erstmals publizierten Ionenaustauscher-Modell der Knorpelmatrix, welches mit der späteren Einbeziehung dynamischer Tests an Knorpel und Knochen sowie Computer-Modellrechnungen, namentlich am MIT (Grodzinsky, 21) zu dem inzwischen unstrittigen und in Modellen und Daten gut belegten strömungselektrischen Matrixkonzept führte (21; 27; 12; 2; 9; 7).However, it was only with the first published by Alice Maroudas 1968 (40; 22) for the first time ion exchange model of the cartilage matrix, which with the later inclusion of dynamic tests on cartilage and bone and computer model calculations, namely at MIT (Grodzinsky, 21) The now undisputed flow model concept, which is well documented in models and data, led to (21; 27; 12; 2; 9; 7).

Die Piezo-Potentiale der Kollagenfibrille sind in der Amplitude unstrittig 103-mal kleinerals die bei der Knochenbeanspruchung generierte Strömungselektrizität, und die Piezo-Signale relaxieren innerhalb von nur 10–9 bis 10–7 sec. (21, 27).The piezo potentials of the collagen fibrils are undisputed in amplitude 10 3 times smaller than the generated during bone stress flow electricity, and the piezo signals relax within only 10 -9 to 10 -7 sec. (21, 27).

Damit galt im Schrifttum R. O. Becker's Postulat einer aus Piezoaktivität des Kollagens generierten elektronegativen Milieuänderung der extrazellulären Matrix als widerlegt und biologisch nicht signifikant (27), wurde so auch von Becker selbst nicht mehr publiziert.Thus, in the literature, R. O. Becker's postulate of an electronegative change in the environment of the extracellular matrix, which was generated from piezoactivity of the collagen, was refuted and biologically insignificant (27), as was not published by Becker himself.

Regling und Rückmann bauten ab 1982 sowohl eine modifizierte strömungskinetische Messapparatur (modifiziert nach A. J. Grodzinsky; ) auf als auch die die technisch einfache Apparatur für die Aufnahme einer Spannungs-Strom-Charakteristik an schlachtfrischen Knochenproben (modifiziert nach R. O. Becker; und ) auf.Regling and Rückmann built from 1982 both a modified flow kinetics Measuring apparatus (modified according to AJ Grodzinsky; ) as well as the technically simple apparatus for recording a voltage-current characteristic of fresh bone samples (modified according to RO Becker; and ) on.

Schon begründet aus der damaligen eigenen wissenschaftlichen Fragestellung bioelektrischer Regelmechanismen in der extrazellulären Matrix des Knorpelgewebes und deren pathophysiologischer Signifikanz für Pathogenese und Krankheitsdynamik der Arthrose (6), wurde R. O. Becker's Messansatz an schlachtfischen kortikalen Knochenproben mit längsparalleler Kollagenfibrillenorientierung (17; ) übertragen auf einen analogen eigenen Messansatz an schlachtfrischen Rippenknorpelproben vom Schwein mit längs-paralleler Kollagenfibrillenorientierung (2; ).Already substantiated by its own scientific research on bioelectrical regulation mechanisms in the extracellular matrix of cartilaginous tissue and its pathophysiological significance for pathogenesis and disease dynamics of arthrosis (6), RO Becker's measurement approach to slaughtered cortical bone samples with longitudinally parallel collagen fibril orientation (17; ) transferred to an analogue own measurement approach on freshly slaughtered pig bone cartilage samples with longitudinally parallel collagen fibril orientation (2; ).

Es resultierte an dem schlachtfrischen Rippenknorpel bei ca. 60–70% Wassergehalt aus dem alleinigen Wechsel der galvanischen Stromrichtung eine der Becker'schen Messung analoge dioden-artige U-I-Messkurve ( ).At the freshly cut rib cartilage at about 60-70% water content, the sole change of the galvanic current direction resulted in a diode-like UI measurement curve analogous to Becker's measurement ( ).

In einem strikt formalen Procedere wurde Becker's Messprinzip im Weiteren auf schachtfrische zylindrische Knorpelproben aus dem Schweine-Kniegelenk übertragen ( ).In a strictly formal procedure, Becker's measuring principle was subsequently transferred to shaft-fresh cylindrical cartilage samples from the pig's knee joint ( ).

Im Gelenkknorpel verlaufen die Kollagenfibrillen nicht dominierend längs-parallel, wie in der Cortikalis langer Röhrenknochen oder wie in der kortikalen Region von knorpeligen Rippensegmenten. Im Gelenkknorpel bilden die Kollagenfibrillen (logisch ableitbar auch aus den Knochenschnitten von Julius Wolff) die sog. Benninghoff'schen Arkaden, verlaufen bogenförmig mit Insertion beider Enden des Fibrillenbogens im subchondralen Knochen.In articular cartilage, the collagen fibrils are not predominantly longitudinally parallel, as in the corticalis of long bones or as in the cortical region of cartilaginous rib segments. In the articular cartilage, the collagen fibrils (logically derivable also from the bone sections of Julius Wolff) form the so-called Benninghoff arcades, running arcuately with insertion of both ends of the fibril arc in the subchondral bone.

Will man also Beckers Messprinzip auf Gelenkknorpel-Zylinder übertragen, so wird jetzt die sog. ,Schnittflächen-Elektrode' an der Basis der Knorpelscheibe, die sog. ,Flanken-Elektrode' statt an einer Seitenfläche des kortikalen Rippenknorpel-Quaders analog auf der Oberfläche des Gelenkknorpel-Zylinders positioniert ( ).So if one wants to transfer Becker's measuring principle to articular cartilage cylinders, the so-called 'cut surface electrode' at the base of the cartilage disc, the so-called 'flank electrode', now takes place on a surface of the cortical cartilage of cortices Articular cartilage cylinder positioned ( ).

Mit dieser rein aus dem theoretischen Modell begründeten Messanordnung wurde für Gelenkknorpel (erstmals im Schrifttum) wiederum eine dioden-artige U-I-Messkurve erhalten (1–4, 9; ).With this measurement arrangement, which was based purely on the theoretical model, a diode-like UI measurement curve was again obtained for articular cartilage (for the first time in the literature) (1-4, 9; ).

Es werden diese Gegebenheiten hier noch einmal in dieser detaillierten Ausführlichkeit berichtet, weil ein schnelles, eher flüchtiges Zuordnen der nachfolgend abgeleiteten eigenen wissenschaftlichen Aussage zu dem im Schrifttum im Grunde damals ja verworfenen Becker'schen Piezo- und Semikonduktionskonzept auch den hier zu beschreibenden Antrag nicht nachvollziehen ließe, ggf. die ausgebliebene Reaktion des Schrifttums auf die Publikationen von 1989 und 2000 (2; 1; 25) mitbedingt hat.These facts are again reported here in this detailed detail, because a quick, rather volatile assignment of the subsequently derived own scientific statement to the fundamentally rejected yes in the literature at that time Becker's piezo and Semikonduktionskonzept not understand the request to be described here If necessary, the lack of reaction of the literature to the publications of 1989 and 2000 (2; 1; 25) contributed to this.

Der wissenschaftlich entscheidende Gedanke in der Analyse dieser eigenen Messergebnisse dioden-artiger Spannungs-Strom-Kennkurven an schlachtfrischen, physiologisch-feuchten Rippen- und Gelenkknorpelproben war, dass bereits in der Becker'schen Messung an feuchten Knochenproben ein Informationsgehalt steckte, welchen R. O. Becker damals nicht erkannte:
Nach physikalischen Regeln kann man in Beckers Modell die 10n Milliarden semikonduktiven Kollagen-Apatit-Übergänge der untersuchten Knochenprobe auch als eine summierte Kollagen-Apatit-Diode in der Mitte der Probe modellieren. Dann aber kann man über die extern anliegenden Ag/AgCl-Elektroden eine dioden-artige Messkurve der physiologisch-feuchten Gewebsprobe nur dann erhalten, wenn die elektrische Leitfähigkeit entlang den Kollagenfibrillen erheblich größer ist als die elektrische Leitfähigkeit durch die wäss-rige und Apatit-Matrixphase.
The scientifically decisive idea in the analysis of these own measurement results of diode-like voltage-current curves on fresh, physiologically moist rib and articular cartilage samples was that Becker's measurement already contained information on wet bone samples, which RO Becker did not at that time recognized:
According to physical rules, in Becker's model, the 10 n billion semiconduc- tive collagen-apatite transitions of the examined bone sample can also be modeled as a summed collagen-apatite diode in the middle of the sample. Then, however, a diode-like measurement curve of the physiologically moist tissue sample can only be obtained via the externally applied Ag / AgCl electrodes if the electrical conductivity along the collagen fibrils is considerably greater than the electrical conductivity through the aqueous and apatite matrix phase ,

Ist aber eine hohe elektrische Leitfähigkeit entlang den nativen Kollagenfibrillen in der untersuchten Probe, im Vergleich mit der elektrischen Leitfähigkeit der übrigen extrazellulären Matrix gemessen, so ist ein solches Phänomen auch für die Gegebenheiten in vivo zu folgern.However, if a high electrical conductivity along the native collagen fibrils in the examined sample is measured in comparison with the electrical conductivity of the remaining extracellular matrix, then such a phenomenon must also be inferred for the conditions in vivo.

Wenn dann auch noch die Kollagenfibrillen der Knorpelmatrix über Chondronektin an den Zellmembranen kontaktieren und von diesen Attachmentstrukturen fibrilläre Strukturen des Zytoskeletts zum Zellkern verlaufen, was im Schrifttum so gesehen wird (Kleinman u. a., 1979; Akiyama u. a., 1981; ref. bei 2), so gelangte man zu einer völligen Neuinterpretation der klassischen Becker'schen Messungen an kortikalem Knochen und ihrer Übertragung auf die erstmalige derartige Untersuchung von Rippen- und Gelenkknorpel:
Entworfen wurde damals das neu entwickelte elektrophysiologische Biosensor- und Signalleitungs-Konzept der Kollagenfibrillen, dabei die Fortsetzung des Nervensystems via nerv-analoge Kollagenfibrillen bis an die Zellen von Knorpel-, Knochen- und anderer Bindegewebe beschreibend (2; 9; 1).
If, then, the collagen fibrils of the cartilage matrix contact chondronectin on the cell membranes and fibrillar structures of the cytoskeleton extend from the attachment structures to the cell nucleus, as is seen in the literature (Kleinman et al., 1979, Akiyama et al., 1981, ref A complete reinterpretation of the classical Becker's measurements of cortical bone and their transfer to the first such examination of rib and articular cartilage was made:
At that time, the newly developed electrophysiological biosensor and signal line concept of collagen fibrils was designed, describing the continuation of the nervous system via nerve-analogous collagen fibrils to the cells of cartilage, bone and other connective tissue (2, 9, 1).

Nicht mehr ein „analoges bioelektronisches” Signal aus der Überlagerung von Milliarden semikonduktiv gleichgerichteten Ladungs-Inputs in eine diffuse elektronegative Milieuänderung in der Umgebung einer Knochenzelle (17) wurde als das signifikante elektrische Signal für eine biologische Unterlegung des Wolff'schen Gesetzes erkannt.No longer an "analogous bioelectronic" signal from the superposition of billions of semi-conductively rectified charge inputs into a diffuse electronegative environment change in the vicinity of a bone cell (17) was recognized as the significant electrical signal for a biological underlay of Wolff's law.

Vielmehr wurde jetzt wissenschaftlich eine biologische Hypothese formuliert, dass jedes einzelne, in einer beanspruchten, 64 Nanometer langen Kollagenperiode generierte und semikonduktiv rektifizierte Einzelsignal als ein „digitales bioelektronisches” Signal zu der für dieses Matrixareal zugeordneten Knochen- bzw. Knorpelzelle via Kollagenfibrille fortgeleitet wird.Rather, a biological hypothesis has now been scientifically formulated that every single, in a claimed, 64 nanometer long Collagen period generated and semi-conductively rectified single signal is transmitted as a "digital bioelectronic" signal to the assigned for this matrix area bone or cartilage cell via collagen fibril.

Dabei gingen Regling und Rückmann (3; 4; 2; 9; 1) damals davon aus, dass sie hier eine neue, durch zahlreiche eigene, experimentell erhobene und interdisziplinär recherchierte Daten unterlegte biologische Hypothese offerierten

  • – über die Kollagenfibrillen in Knorpel- und Knochengewebe und weiteren Körpergewebe mit Kollagenfibrillen, also über ca. „ein Drittel des Körperproteins”,
  • – über die konzeptionelle „Verlängerung des Nervensystems” (einer linear gerichteten Informationsübertragung) im menschlichen und tierischen Organismus von den sog. freien Nervenendigungen des Gefäß-Bindegewebes bis zu jeder Bindegewebszelle;
  • – über eine konsequent „digital-bioelektronische Organisation und Signalleitung” in der extrazellulären Bindegewebsmatrix als Basis von deren Morphologie und funktioneller Leistungsanpassung mit letztlich Auswirkungen auch auf das medizinisches Verständnis von Krankheit, Alter und Trainingsanpassung;
  • – über mögliche „biotechnologisch-nanotechnologische und ggf. auch nano-elektronische Folgerungen” der wissenschaftlichen Folgerung aus der Neuinterpretation der dargelegten makroskopischen bioelektrischen Messung und aus dann deren über diverse Jahre fortgeführt unternommener Prüfung auf Nutzen und Schlüssigkeit für ein neues pathophysiologisches Bindegewebsverständnis aus biophysikalischer wie aus medizinisch-biologischer Sicht.
At the time, Regling and Rückmann (3; 4; 2; 9; 1) assumed that they were offering a new biological hypothesis supported by numerous own, experimentally collected and interdisciplinary researched data
  • Via the collagen fibrils in cartilage and bone tissue and other body tissue with collagen fibrils, ie over approximately "one third of the body protein",
  • - on the conceptual "extension of the nervous system" (a linear directional transfer of information) in the human and animal organism of the so-called free nerve endings of the connective tissue connective tissue to each connective tissue cell;
  • - through a consistent "digital-bioelectronic organization and signal conduction" in the extracellular connective tissue matrix as the basis of their morphology and functional performance adjustment with ultimate impact also on the medical understanding of disease, age and exercise adaptation;
  • - on possible "biotechnological-nanotechnological and possibly also nano-electronic conclusions" of the scientific conclusion from the reinterpretation of the presented macroscopic bioelectric measurement and then their continued over several years undertaken check for utility and conclusiveness for a new pathophysiological connective tissue understanding from biophysical as well medical-biological point of view.

An dieser Stelle sei nur noch einmal, auch für den nichtmedizinischen Leser, an einigen Beispielen illustriert, welch eigentlich einfache methodische Sachverhalte mitunter das Verständnis und die Akzeptanz hier referierter experimenteller Befunde beeinflussen bzw. verhindern können, weshalb also eine solch detaillierte Darlegung der für relevant gehaltenen Sachverhalte zum Thema erfolgte:

  • (a) Seinerzeit konnten manche Nachuntersucher die Becker'schen U-I-Messungen nicht reproduzieren, indem sie über mindestens 24 Stunden alte Knochenproben untersuchten.
  • (b) Lange Zeit wurde aus elektronenmikroskopischen Studien der Zellmembran-Kontakt von Kollagenfibrillen als selten oder nicht vorhanden vermutet, indem solche Kontaktareale an den extrem dünnen Gewebsschnitten für konventionelle Elektronenmikroskopie nur mit geringer Wahrscheinlichkeit zur Abbildung kamen. Poole und Flint (1986) untersuchten daraufhin Chondrozyten-Quetschpräparate elektronenoptisch. Jetzt kamen größere Zellmembranareale zur Darstellung, und die Zahl der Kollagenfibrillen-Attachmentpunkte konnte in der Größenordnung von 103 pro Knorpelzelle abgeschätzt werden (Neuronen des Gehirns werden auf ihrer Zellembran bekanntlich von ca. 103 Neuriten anderer Nervenzellen kontaktiert) (ref. bei 6; 1).
  • (c) Einer ursprünglich von A. Szent-Györgyi (1941) konzipierten festkörperphysikalischen Konzept in der Biochemie stellten sich über Jahrzehnte Widerstände entgegen, weil die damalige experimentelle Methodik 1941 nicht hinreichend artefaktfrei war. Cope und Straub (35) räumten in einer aufwändigen biochemischen Studie zur Aktivierungsenergie der Cytochromeoxidase diese Vorbehalte gegen die im Grundsatz schlüssige biologische Hypothese von großer konzeptioneller Tragweit von Szent-Györgyi aus.
At this point, only once again, even for the non-medical reader, is illustrated by some examples of what actually simple methodological circumstances can sometimes influence or prevent the understanding and acceptance of experimental findings referenced here, so why such a detailed presentation of those considered relevant Issues on the topic took place:
  • (a) At the time, some followers could not reproduce the Becker UI measurements by examining bone samples that were at least 24 hours old.
  • (b) For a long time, electron microscopy studies suggested that cell membrane contact of collagen fibrils was rare or absent, with such contact areas being extremely unlikely to be imaged on the extremely thin tissue sections for conventional electron microscopy. Poole and Flint (1986) then examined chondrocyte squeeze preparations electron-optically. Larger cell membrane areas were now displayed and the number of collagen fibril attachment points could be estimated in the order of 10 3 per cartilage cell (neurons of the brain are known to be contacted on their cell membrane by about 10 3 neurites of other nerve cells) (ref. 1).
  • (c) A solid-state physical concept originally conceived by A. Szent-Györgyi (1941) in biochemistry resisted for decades because the experimental methodology of 1941 was not sufficiently free of artifacts. Cope and Straub (35), in an elaborate biochemical study on the activation energy of cytochrome oxidase, dismissed these reservations against the basically conclusive biological hypothesis of great conceptual bearing on Szent-Györgyi.

4. Beschreibung der Innovation für eine biotechnologische Nutzung elektrischer, mechanisch-elektroscher sowie mikro- und nanoelektronischer Eigenschaften von Elastin. elastischen Mikrofibrillen und elastischen Fasern sowie Resilin4. Description of the innovation for the biotechnological use of electrical, mechanical-electrical, micro- and nanoelectronic properties of elastin. elastic microfibrils and elastic fibers as well as Resilin

Die mit dem Antrag verbundene Erfindung betrifft nicht die einfache Darlegung eines technologienahen Experimentes als Grundlage eines beantragten Erfindungsschutzes.The invention associated with the application does not relate to the simple presentation of a technology-related experiment as the basis of a proposed invention protection.

Sie betrifft auch nicht die einfache Übertragung von umfangreichen experimentellen, insbesondere auch bioelektrischen Messungen an schlachtfrischen Gewebsproben, welche Kollagenfibrillen in einer bekannten Gewebsarchitektur enthielten, (mit Bezug auf welche bereits zurückliegend, 1993, ein damals beantragter Erfindungsschutz beantragt wurde) auf die oben unter (4.) bezeichneten biogenen supramolekularen Materialien, insbesondere Elastin, fibrillin-reichen Mikrofibrillen, Resilin und biogenen elastischen Fasern, welche aus der genetischen Information der jeweils in Betracht kommenden Tierspezies biotechnologisch hergestellt werden.It also does not relate to the simple transfer of extensive experimental, and in particular also bioelectric, measurements on fresh tissue samples containing collagen fibrils in a known tissue architecture (with reference to which an application for protection of invention was filed in 1993) .) referred to biogenic supramolecular materials, in particular elastin, fibrillin-rich microfibrils, Resilin and biogenic elastic fibers, which are produced from the genetic information of each eligible animal species biotechnologically.

Es wird davon ausgegangen, dass mit den hier und im Folgenden beschriebenen Sachverhalten die Konzeption, Fertigung und Nutzung von biogenen supramolekularen Strukturen, wie oben genannt, praktisch biotechnologisch möglich wird oder in Zukunft erreicht werden kann, die nach bisher eingesetzten und patentierten Konzepten und Verfahren so bislang technologisch nicht gesehen und nicht angegangen wurde, für welche auch die aus der Sicht des Antragsstellers notwendigen Voraussetzungen einer technischen Nutzung elektrischer und mikro- bzw. nanoelektronischer Eigenschaften von biogen erzeugten Biopolymeren bzw. supramolekularen Glykoproteinstrukturen bislang nicht in der hier zu beschreibenden Weise technologisch zugrunde gelegt wurden.It is assumed that with the facts described here and below the conception, production and use of biogenic supramolecular structures, as mentioned above, is practically biotechnologically possible or can be achieved in the future according to previously used and patented concepts and procedures hitherto not technologically seen and not addressed, for which also the prerequisites necessary for the technical use of electrical and micro- or nanoelectronic properties of biogenic biopolymers or supramolecular glycoprotein structures from the perspective of the applicant so far not in the here too descriptive way were technologically based.

4.1. Biophysikalische und relativistische Voraussetzungen4.1. Biophysical and relativistic prerequisites

Für die seinerzeit publizierte biologische Hypothese einer Biosensor- und Signalleitfunktion der nativen Kollagenfibrillen (1–4, 9) war es zunächst nicht erforderlich, das elektrophysiologische Phänomen der bioelektrischen Signalleitung von Nanoampere-Impulsen entlang den Kollagenfibrillen im physikalischen Mechanismus zu bezeichnen. Selbst die Detailmechanismen der biologischen Nervenleitung sind bekanntlich nicht abschließend aufgeklärt.For the biological hypothesis of a biosensor and signaling function of native collagen fibrils (1-4, 9) published at the time, it was initially not necessary to describe the electrophysiological phenomenon of the bioelectric signal conduction of nanoampere pulses along the collagen fibrils in the physical mechanism. Even the detailed mechanisms of biological nerve conduction are not known to be conclusive.

Wenn man die elektrisch leitende bzw. elektrisch Signal-leitende Struktur biotechnologisch außerhalb des natürlichen Organismus und seiner Gewebsstruktur nutzen will, so sind für die Vermeidung bzw. wenigstens Eingrenzung kostenintensiver Suchforschung möglichst valide und konkrete Modellbildungen sinnvoll und notwendig.If one wants to use the electrically conductive or electrically signal-conducting structure biotechnologically outside of the natural organism and its tissue structure, the most useful and necessary models for avoiding or at least narrowing down cost-intensive search research are valid and concrete modeling.

Fukada (37) und Athenstaedt (28; 29) haben zu Piezo- und Pyroelektrizität von Biopolymeren und Proteinstrukturen qualitative und quantitative Aussagen getroffen, die im Grundsatz auch für elastische Fasersysteme anwendbar sind.Fukada (37) and Athenstaedt (28, 29) have made qualitative and quantitative statements on the piezoelectricity and pyroelectricity of biopolymers and protein structures, which in principle can also be applied to elastic fiber systems.

Cope (31–35) hat in seinen frühen Arbeiten die solid-state-Biochemie als ein valides wissenschaftliches Konzept begründet, hat in der konsequenten Fortführung nicht allein die Idee, vielmehr ein wissenschaftliches Konstrukt über relativistische, superleitungsanaloge elektrische Phänomene an biologischen Strukturen und Biopolymeren bei „Raumtemperatur” kalkuliert und gemessen. Unter „Raumtemperatur” verstand F. W. Cope, der sich, soweit hier bekannt nie mit Kollagen oder Elastin beschäftigte, auch die „Körpertemperatur” von Tierspezies.Cope (31-35) has established solid-state biochemistry as a valid scientific concept in his early work. Not only the idea, but rather a scientific construct of relativistic super-superconducting electrical phenomena in biological structures and biopolymers has been consistently promoted "Room temperature" calculated and measured. By "room temperature" understood F. W. Cope, who, so far known never dealt with collagen or elastin, and the "body temperature" of animal species.

Zwischen der Körpertemperatur von Tierspezies und ihrem spezies-typischen Kollagen besteht eine enge Korrelation (23). Die native Quartärstruktur der Strukturproteine ist von der Körpertemperatur und werteren physiologischen Parametern abhängig. In abstrakter Weise beschreibt die Assoziations-Induktions-Hypothese von Ling u. a. (39) die Abhängigkeit des geordneten, nativen, vitalen Zustands der Biopolymeren und des biologischen Milieus von einem hier realisierten energetischen Zustand.There is a close correlation between the body temperature of animal species and their species-specific collagen (23). The native quaternary structure of structural proteins is dependent on body temperature and other physiological parameters. In an abstract manner, the association-induction hypothesis of Ling et al. a. (39) the dependence of the ordered, native, vital state of the biopolymers and the biological environment on an energetic state realized here.

Regling und Rückmann (9; 10; 1) haben gefolgert, dass für die nativen Kollagen-fibrillen neben dem energetischen Input aus Piezo- bzw. Pyroelektrizität eine beständige energetische Versorgung (aller nativen Biopolymeren) aus dem Energiestoffwechsel der Zellen erfolgt und dass diese in einer auf dem Fasernetzwerk liegenden charakteristischen hochfrequenten elektrischen Wechselspannung, wie auch andernorts für das Transmembranpotential der Zellen diskutiert und gemessen (ref. bei 1) zum Ausdruck kommt.Regling and Rückmann (9; 10; 1) have concluded that for the native collagen fibrils in addition to the energetic input from piezoelectricity or pyroelectricity, a constant energetic supply (of all native biopolymers) from the energy metabolism of the cells and this in a characteristic high-frequency electrical alternating voltage lying on the fiber network, as also discussed elsewhere for the transmembrane potential of the cells and measured (ref. at 1) is expressed.

Indem angenommen wurde, dass es sich bei der biologischen Signalleitung entlang den Kollagenfibrillen um ein Resonanzphänomen der phylogenetisch qualifizierten biologischen Struktur handelt und dass man sich bei der Abschätzung eines realistischen Frequenzbereiches supraleitungs-analoger Signalleitung in Biopolymeren bzw. postulierter sog. Josephsonjunctions im biologischen Material (34) eines Zyklotronresonanzmodells bedienen kann (1) wurde nach einer Idee von H.-I. Rückmann ein prinzipieller Versuchsaufbau von Schawlow und Devlin (47), dort für den Nachweis einer Superleitungssprungfunktion an Aluminium bei sehr tiefen Temperaturen, eingesetzt für ein Pilotexperiment einer Schwingkreismessung an schlachtfrischem Schweinerippenknorpel bei 37°C (9; 1; 10; 11).It was assumed that the biological signal transmission along the collagen fibrils is a resonance phenomenon of the phylogenetically qualified biological structure and that the estimation of a realistic frequency range of superconducting-analogue signal conduction in biopolymers or postulated so-called Josephsonjunctions in the biological material (34 ) of a cyclotron resonance model (1) was developed according to an idea by H.-I. Rückmann a Schawlow and Devlin (47) experimental setup for the detection of a superconducting jump function on aluminum at very low temperatures, used for a pilot experiment of a resonant circle measurement on fresh pork rib cartilage at 37 ° C (9; 1; 10; 11).

Eine Ergebnisgraphik einer solchen Knorpelgewebe-Schwingkreismessung wird in beigefügt (9; 1).A result graph of such a cartilage tissue oscillation circuit measurement is shown in FIG attached (9; 1).

Es wird vom Antragsteller davon ausgegangen, dass piezo- bzw. pyroelektrische Ladungstrennungen auch an getrockneten und also denaturierten Biopolymeren und Strukturproteinen induziert und also auch gemessen werden können (28). Es wird davon ausgegangen, dass solche Konzepte auch in der Nanotechnologie bereits erwogen bzw. unternommen wurden.It is assumed by the applicant that piezo or pyroelectric charge separations can also be induced on dried and thus denatured biopolymers and structural proteins and can thus be measured (28). It is assumed that such concepts have also already been considered or undertaken in nanotechnology.

Der eigentliche konzeptionelle Vorteil und die zu beschreibende Innovation stellt jedoch die biotechnologische, nanotechnologische Herstellung und Nutzung von supramolekularen Biopolymenstrukturen dar, welche zu einem relativistischen superleitungsanalogem Switching als elektronischer Code befähigt sind.However, the real conceptual advantage and the innovation to be described is the biotechnological, nanotechnological production and use of supramolecular biopolymer structures, which are capable of a relativistic superconducting switching as electronic code.

Es wird davon ausgegangen, dass eine Schwingkreis-Messanordnung nach dem Prinzip jener nach Schawlow und Devlin (47) modifizierten ( ) grundsätzlich geeignet ist für die Testung, inwieweit betrachtete Materialien mit enthaltenen elastischen Mikrofibrillen, Elastin oder anderen biogenen Beapolymermaterialien ein solches supraleitungs-analoges Switching in Mikroregionen des Polymers aufweisen und für die mikro- oder nanoelektronische Aufgabenstellung geeignet sind bzw. nach durchgeführten technologischen Bearbeitungsschritten weiterhin noch geeignet sind.It is assumed that a resonant circuit measuring arrangement is modified according to the principle of those according to Schawlow and Devlin (47) ( ) is basically suitable for testing to what extent considered materials with contained elastic microfibrils, elastin or other biogenic Beapolymermaterialien have such a superconducting analog switching in micro regions of the polymer and are suitable for the micro- or nanoelectronic task or after performed technological processing steps still are suitable.

Dass grundsätzlich Biopolymere Supraleitung zeigen können, wurde kürzlich für DNA-Lipid-Film bei sehr tiefen Temperaturen berichtet (38). Inwieweit bei adäquater Messtechnik und hinreichender Erhaltung der physiologischen Quartärstruktur und Milieubedingung Josephson-junctions des Biopolymers angeregt und gemessen werden könnten, ist dort noch nicht zu erkennen.That biopolymers in principle can show superconductivity has recently been reported for DNA-lipid film at very low temperatures (38). To what extent with adequate measuring technology and However, it is not yet possible to detect and maintain sufficient conservation of the physiological quaternary structure and the environmental condition of Josephson junctions of the biopolymer.

4.2. Anwendungsbereiche4.2. applications

(A)(A)

Nanoelektronik mittels Biopolymeren wird in erster Linie mit sog. DNA-Computern in Verbindung gebracht, wie von R. Feynman 1959 als Idee entworfen und von M. Adleman 1994 in einem Laborkonzept angegangen (30). Dabei wird der konzeptionelle Vorteil eines fiktiven DNA-Computers gar nicht im Aspekt einer weiteren Minaturisierung von Rechnern oder der Erhöhung der Signalgeschwindigkeit infolge ,Supraleitung' gesehen.Nanoelectronics by means of biopolymers is primarily associated with so-called DNA computers, as designed by R. Feynman in 1959 as an idea and tackled by M. Adleman in 1994 in a laboratory concept (30). The conceptual advantage of a fictitious DNA computer is not seen in the aspect of further miniaturization of computers or the increase in signal speed due to 'superconductivity'.

Vielmehr interessiert hier die Erwartung, einen DNA-Computer mit zahlreichen, parallel arbeitenden Prozessoren zu entwickeln, also ein völlig neuartiges Computerkonzept mit der Möglichkeit, bestimmte Problemstellungen dann überhaupt erstmals oder zumindest elegant und effizient mit einem Rechner angehen zu können (30).Rather, the expectation here to develop a DNA computer with numerous parallel processors, so a completely new computer concept with the ability to tackle certain problems then for the first time or at least elegantly and efficiently with a computer (30).

Der DNA-Computer ist, soweit Information zugänglich wurde, in der praktischen Verwirklichung zunächst unrealistisch vor allem, weil ein technologischer Zugriff auf die DNA-„Rechenleistung” noch nicht zugänglich ist.As far as information became available, the DNA computer is initially unrealistic in its practical realization, especially because technological access to DNA "computing power" is not yet accessible.

Ein solcher Zugriff wäre im Grundsatz über die nanoelektronische Ankopplung eines biogenen Signalleiters zu vermitteln (oder über ein anderes Kopplungssubstrat für die Informationsübertragung).Such access would, in principle, be mediated via the nanoelectronic coupling of a biogenic signal conductor (or via another coupling substrate for the transmission of information).

Indem die wissenschaftliche und technologische Zugänglichkeit biopolymerer Signalleitstrukturen des Zellkernes und auch des Zellplasmas und des Zytoskelettes methodisch ungleich aufwendiger sein dürften als die gentechnische Herstellung sowie Präparation und Aufarbeitung von elastischen Mikrofibrillen und elastischen Nano-Fasern der extrazellulären Matrix, dürften letztere als ein neuer konzeptioneller und methodischer Ansatz, Lenkung des nanoelektronischen Fokus und der Aufmerksamkeit auf neue biogene Kandidaten eminent interessant sein.Since the scientific and technological accessibility of biopolymer signal guiding structures of the cell nucleus as well as of the cytoplasm and the cytoskeleton may be far more complicated than the genetic engineering, preparation and processing of elastic microfibrils and elastic nano-fibers of the extracellular matrix, the latter may be considered a new conceptual and methodological approach Approach, steering the nanoelectronic focus and attention to new biogenic candidates to be eminently interesting.

(B)(B)

Es wird aufgrund der durchgeführten wissenschaftlichen Analyse daran ausgegangen, dass fibrillinreiche elastische Mikrofibrillen trotz ihres supramolekularen Strukturaufbaus, der jedoch bereits in vielen Details einschließlich der genetischen Daten und des Genmaterials bekannt und handhabbar ist, die einfachste oder eine der relativ einfachsten geeigneten Biopolymer-Strukturen darstellt, biotechnologisch für die Nutzung einer elektrisch vermittelten Signalübertragung, ggf. nach dem Mechanismus frequenz-modulierter Signalleitung über supraleitungs-analoger Mikroregionen (Josephson-junctions) praktisch zu realisieren.It is believed, based on scientific analysis, that fibrillin-rich elastic microfibrils, despite their supramolecular structure, but which are already known and manageable in many details, including genetic data and genetic material, represent the simplest or one of the relatively simplest suitable biopolymer structures, biotechnologically for the use of an electrically-mediated signal transmission, if necessary, according to the mechanism of frequency-modulated signal line via superconducting analog microregions (Josephson junctions) practically realize.

Die Umsetzung des Konzeptes erfordert nicht allein die gentechnische Herstellung aller Molekülkomponenten und die Beherrschung von deren Selbstaggregation bzw. geeigneter biotechnologischer Verfahren; es erfordert auch die Erhaltung der Mikrofibrillen in einer physiologischen Quartärstruktur (Temperatur, Humidität, Ionenstärke, z. B. Ca2+) und die Ankopplung an z. B. auch anorganische metallene Leiter.The implementation of the concept requires not only the genetic engineering of all molecular components and the control of their self-aggregation or appropriate biotechnological processes; it also requires the preservation of the microfibrils in a physiological quaternary structure (temperature, humidity, ionic strength, eg Ca 2+ ) and the coupling to z. As well as inorganic metal conductors.

Hier erscheint die gentechnische Komponente beim Stand der Technik beherrschbar.Here, the genetic component appears manageable in the prior art.

Die innige Ankopplung von Biopolymeren an anorganische und metallische Oberflächen ist in der Medizin inzwischen z. B. vom festen Anwachsen kollagenhaltigen Knochengewebes an Gelenkendoprothesen gut bekannt, insbesondere bei Titanbeschichtung, erscheint vermittels der zahlreichen Kopplungsmoleküle von Mikrofibrillen an Matrixkomponenten u. a. (55) nicht unlösbar. Die Kopplung von Kollagen und fibrillin-haltigen Mikrofibrillen z. B. an Glas ist bekannt.The intimate coupling of biopolymers to inorganic and metallic surfaces is now in medicine z. B. from the solid accumulation of collagen-containing bone tissue to joint endoprostheses well known, especially in titanium coating appears by means of the numerous coupling molecules of microfibrils to matrix components u. a. (55) not unsolvable. The coupling of collagen and fibrillin-containing microfibrils z. B. to glass is known.

Hinsichtlich der konzeptionellem Notwendigkeit, physiologische Milieubedingungen für die Erhaltung der Quartärstruktur der elastischen Mikrofibrillen als Signalleitstruktur zu bewahren oder zu simulieren, erscheint es ein Vorteil, dass diese fibrillin-reichen elastischen Mikrofibrillen aus 3 archaisch konservativen Fibrillinen sowie einer Reihe speziesspezifischen MAGP's (microfibril-associated glycoproteins u. a.) aufgebaut sind, so dass daraus zu folgern ist, dass man unter den Körpergeweben der Tierspezies von den Quallen bis zu den Vertebraten (23; 55; 63) geeignete „genetische Vorlagen” suchen kann, für welche die biotechnologische Herstellung oder Simulation einer Milieubedingung für die Aufrechterhaltung der Quartärstruktur der elastischen, 10–12 Nanometer ⌀ messenden Mikrofibrillen einschließlich ihrer bioelektronischen ,Materialeigenschaft' gelingt.With regard to the conceptual need to preserve or simulate physiological environments for the preservation of the quaternary structure of the elastic microfibrils as a signal conducting structure, it appears to be an advantage that these fibrillin-rich elastic microfibrils consist of 3 archaic conservative fibrillins and a number of species-specific MAGP's (microfibril-associated glycoproteins et al.), so that it can be concluded that among the body tissues of the animal species from the jellyfish to the vertebrates (23; 55; 63) suitable "genetic templates" can be sought for which the biotechnological production or simulation of a milieu condition to maintain the quaternary structure of the elastic, 10-12 nanometer-sized microfibrils including their bioelectronic 'material properties'.

Nach dieser Vorschrift biotechnologisch hergestellte elastische Mikrofibrillen sind geeignet für nanoelektronische Aufgabenstellungen, bei denen ein biogenes Signalleit-Material eingesetzt werden soll.According to this provision, biotechnologically produced elastic microfibrils are suitable for nanoelectronic tasks in which a biogenic Signalleit material is to be used.

Dies kann – bei Beherrschung der technologischen Voraussetzungen – auch gegeben sein, wenn die hohe Elastizität und Dehnbarkeit der Mikrofibrille, also sehr geringe Sprödigkeit des signalleitenden Nano-Materials bei gleichzeitig hoher Reißfestigkeit für eine Einsatzaufgabe relevant sind, also bei Computern, die Vibrationsbelastung und anderem mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt sind, z. B. in der Luft- und Raumfahrt.This can - given mastery of the technological prerequisites - also be given if the high elasticity and extensibility of microfibrils, so very low brittleness of the signal-conducting nano-material with high tear resistance are relevant for a mission task, so in computers, the vibration load and other mechanical stresses are exposed, z. B. in aerospace.

Neben der Aufgabe als eine nanoelektronische Signalleitstruktur kommen elastische fibrillinreiche Mikrostrukturen, wie sie vorstehend beschrieben sind, auch als ein interface-Material für den Ausgleich von elektrischen Potentialgefällen in Betracht, in der Nanoelektronik, aber auch in anderen biotechnologischen Anwendungen.In addition to the task as a nanoelectronic signal conducting structure, elastic fibrillin-rich microstructures, as described above, also come into consideration as an interface material for the compensation of electric potential gradients, in nanoelectronics, but also in other biotechnological applications.

Die technische Innovation besteht darin, dass die genannten elastischen Faserstrukturen eingesetzt werden sollen für die Nutzung ihrer elektrischen bzw. bioelektronischen Leitfähigkeit nach einem in seinen Details noch hypothetischen, nach F. W. Cope relativistischen Leitfähigkeitsmodell der beschriebenen supramolekularen Proteinstrukturen, mit postulierten Josephson-junctions im Sinne supraleitungs-analoger Mikroregionen des nativen Proteins.The technical innovation consists in the fact that said elastic fiber structures are to be used for the utilization of their electrical or bioelectronic conductivity according to a still hypothetical, according to FW Cope relativistic conductivity model of the described supramolecular protein structures, with postulated Josephson junctions in the sense superconducting analogous microregions of the native protein.

Es folgt aus diesem Konzept, dass nicht synthetisch beliebig veränderte Nanofibrillen im Sinne der Beschreibung einsetzbar sind, vielmehr Proteinstrukturen mit erhaltener Quartärstruktur. Dies stellt eine neue technologische Herausforderung dar, kann aber auch die Pforte zu einer neuen Branche biotechnologischer Nanoelektronik eröffnen.It follows from this concept that non-synthetically arbitrarily changed nanofibrils can be used in the sense of the description, but rather protein structures with preserved quaternary structure. This represents a new technological challenge, but it may also open the door to a new branch of biotechnological nanoelectronics.

Es ist für die Verwirklichung einer elektrisch bzw. elektronisch leitfähigen Nanostruktur erforderlich, dass das genetische Set einer ausgewählten Tierspezies für die gentechnisch zu erzeugenden Proteinkomponenten der herzustellenden elastischen Fasern bzw. elastischen Mikrofibrillen genutzt wird, für die Erzeugung der supramolekularen elastischen Faser bzw. Fibrille dann nur solche biotechnologischen Verfahren eingesetzt werden, welche die Quartärstruktur der Proteinstruktur erhalten.It is necessary for the realization of an electrically or electronically conductive nanostructure that the genetic set of a selected animal species be used for the genetically produced protein components of the elastic fibers or elastic microfibrils to be produced, and then only for the generation of the supramolecular elastic fiber or fibril Such biotechnological methods are used which preserve the quaternary structure of the protein structure.

Geeignete elektrische Wechselfeld- oder Magnetfeldexposition können die natürliche Milieubedingung der Strukturproteine ggf. anteilig zu simulieren.Suitable alternating field or magnetic field exposure can simulate the natural environment condition of the structural proteins, if necessary, proportionally.

Die elastischen Fasern/Mikrofibrillen können Einsatz finden in Mikro- und Nanoelektronik mit biogenen Strukturen und können Einsatz finden als ein Interface-Material in Nanometer-Dimension für den Ausgleich elektrischer Potentialgradienten, z. B. auf Oberflächen oder in FaserverbundmaterialienThe elastic fibers / microfibrils can be used in micro- and nanoelectronics with biogenic structures and can be used as an interface material in the nanometer dimension for the compensation of electrical potential gradients, eg. On surfaces or in fiber composite materials

(C)(C)

Wie in Abschnitt 2 referiert, wird Elastin erst bei den Wirbeltieren (Vertebraten) ausgebildet, kommt Elastin stets in Verbindung mit den assoziierten fibrillin-reichen Mikrofibrillen vor, welche die Zellmembran und die Zelle kontaktieren und augenscheinlich vermittels der Einbindung in das bioelektronische fibrilläre Signalsystem durch die extrazelluläre Matrix auch die Dimensionierung der elastischen Fasertypen als Elaunin-Fasern oder Elastinfasern bestimmen.As discussed in Section 2, when elastin is first formed in vertebrates, elastin always occurs in conjunction with the associated fibrillin-rich microfibrils that contact the cell membrane and cell, and apparently through the integration into the bioelectronic fibrillar signaling system extracellular matrix also determine the sizing of elastic fiber types as elaunic fibers or elastin fibers.

Der Antragsteller geht aus der biologischen Analyse davon aus, das eine Einbindung von Elastin in das biologische Signalsystem der extrazellulären Matrix eher nur in der Verbindung mit strukturell assoziierten, phylogenetisch konservativen fibrillin-reichen Mikrofibrillen erfolgt.The Applicant believes that biological analysis suggests that elastin may be incorporated into the extracellular matrix biological signaling system only in association with structurally associated, phylogenetically conservative, fibrillin-rich microfibrils.

Für das Resilin der Insekten, welches auch bereits aus seinen mechanischen elastischen Eigenschaften in Hinblick auf biotechnologische Fragestellungen bearbeitet wird (75), wird gleichfalls angenommen, dass eine Einbindung in ein bioelektrisches fibrilläres Signalsystem der extrazellulären Matrix über die fibrillin-reichen Mikrofibrillen erfolgt.For the resilience of insects, which is already being worked on from its mechanical elastic properties with regard to biotechnological questions (75), it is likewise assumed that integration into a bioelectric fibrillar signal system of the extracellular matrix takes place via the fibrillin-rich microfibrils.

Es resultiert jedoch aus der eigenen biologischen Analyse, dass Elastin und Resilin in der extrazellulären Matrix in eine biologische Funktion eingebunden sein können, wie vorstehend bereits für die elastischen Mikrofibrillen (bei niederen Tierspezies) beschrieben, nämlich auch für den Ausgleich von elektrischen Potentialgefällen innerhalb der Gewebsstruktur, speziell der oft voluminösen extrazellulären Matrix.However, it results from our own biological analysis that elastin and Resilin in the extracellular matrix may be involved in a biological function, as already described above for the elastic microfibrils (in lower animal species), namely for the compensation of electrical potential gradients within the tissue structure , especially the often voluminous extracellular matrix.

Bereits in den 60-iger Jahren wies R. O. Becker (18) darauf hin, dass Messungen unter Ausnutzung des Hall-Effekts nachwiesen, dass mit der Nerv-Aktion, etwa des Nervus ischiadicus, nicht allein ein Informationsfluss, sondern auch ein elektrischer Ladungstransport erfolgt. Dieser stellt die Frage nach dem Ausgleich des Potentialgefälles in realistisch kurzer Zeit, die augenscheinlich nicht durch die wässrige Matrixphase erwartet werden kann.As early as the 1960s, R. O. Becker (18) pointed out that measurements using the Hall effect demonstrated that the nerve action, such as the sciatic nerve, is not just an information flow, but also an electrical charge transport. This raises the question of balancing the potential gap in a realistic short time, which apparently can not be expected from the aqueous matrix phase.

Athenstaedt (28) beschrieb bereits 1970 – ohne eine biologische Bewertung –, dass die permanente longitudinale elektrische Polarisation der pyroelektrischen Strukturproteine von Nerven und umgebendem kollagenem Hüllgewebe der Nervenscheide am getrockneten Präparat stets entgegen gerichtet gemessen wurde. Dies erscheint gut vereinbar mit einem elektrischen Ladungsausgleich der Nervenaktion über das kollagene Hüllgewebe.As early as 1970, Athenstaedt (28) described - without a biological evaluation - that the permanent longitudinal electrical polarization of the pyroelectric structural proteins of nerves and surrounding collagenous sheath of the nerve sheath was always measured in the opposite direction to the dried preparation. This seems well compatible with electrical charge balancing of the nerve action via the collagenous tissue.

Soweit die biomechanische Aktion der Arterienwand mit der Pulskurve betrachtet wird, ist selbst ohne ein Experiment leicht zu erschließen, dass kollagenes und elastisches Fasersystem mit Elastin hier in zügiger Pulsfolge der Herzaktion neben den mechanischen Phänomenen von Dehnung und Entspannung sowie elastischer „Energierückgewinnung” auch bislang augenscheinlich wenig betrachtete elektrische Ladungstrennungen in den Fasersystemen erzeugen, welche eines schnellen elektrischen Ladungsausgleiches bedürfen, der durch Maxwell'sche Ionensröme schwerlich erreichbar erscheint.As far as the biomechanical action of the arterial wall with the pulse curve is considered, even without an experiment it is evident that the collagen and elastic fiber system with elastin is here in rapid pulse sequence of the heart action beside the mechanical phenomena of stretching and relaxation as well as elastic "energy recovery" so far evident Little considered to produce electrical charge separations in the fiber systems, which require a rapid electrical charge compensation, by Maxwell's ionic currents hardly reachable.

In diesem Kontext erscheinen auch die z. B. die extrazelluläre Matrix von Gelenkknorpel eher spärlich durchziehenden elastischen Mikrofibrillen und elastischer Fasern (64; 57) vereinbar mit einer bislang im Schrifttum nicht diskutierten elektrischen Potentialausgleichsfunktion in elektronischer Zeitschiene.In this context, the z. B. the extracellular matrix of articular cartilage rather sparse elastic microfibrils and elastic fibers (64; 57) consistent with a previously not discussed in the literature electrical equipotential bonding function in electronic time track.

Es wird daraus gefolgert:
Da Elastin ein biophysikalisch sehr inertes, hydrophobes Biopolymer darstellt, das grundsätzlich bereits im Elektrospin-Verfahren biotechnologisch hergestellt werden kann (65), erscheint es als ein technologisch vielleicht am ehesten beherrschbares biogenes Biopolymer in nanotechnologischer Dimension, welches für die Aufgabe eines elektrisches Potentialausgleichs auf Oberflächen oder als Komponente in einem biotechnologischen Verbundmaterial geeignet sein kann, wenn es technisch gelingt, die Elastinstruktur durch Erhaltung bzw. Simulation physikochemischer und energetischer Milieuparameter in physiologischer Quartärstruktur zu produzieren.
It is concluded from this:
Since elastin is a biophysically very inert, hydrophobic biopolymer, which can in principle be produced by electrospinning (65), it appears as a technologically perhaps the most controllable biogenic biopolymer in nanotechnological dimension, which is responsible for the task of electrical equipotential bonding on surfaces or may be suitable as a component in a biotechnological composite material, if it is technically possible to produce the elastin structure by preserving or simulating physicochemical and energetic environmental parameters in a physiological quaternary structure.

Für das elastische Resilin der Insekten, welches auch bereits im Schrifttum eingehend beschrieben ist (75), jedoch hinsichtlich seiner bioelektrischen Materialeigenschaften, soweit recherchiert werden konnte, nicht systematisch untersucht wurde, ist eine analoge biotechnologische Nutzung zu beschreiben, wie vorstehend für Elastin in nativer Konfiguration ausgeführt.For the elastic resilin of the insects, which has already been described in detail in the literature (75), but has not been systematically investigated with regard to its bioelectrical material properties, an analogous biotechnological use has to be described, as described above for elastin in a native configuration executed.

5. Zusammenfassung5. Summary

Der Antragsteller hat seinerzeit erstmals im Schrifttum eine nerv-ähnliche bioelektrische Signalleiffunktion der Kollagenfibrillen in der nervlosen extrazellulären Matrix von Knorpelgewebe beschrieben.For the first time, the applicant described in the literature a nerve-like bioelectric signaling function of the collagen fibrils in the nerve cell-free extracellular matrix of cartilaginous tissue.

R. O. Becker u. a. postulierte 1964 eine bioelektrische Biosensorfunktion Kollagenperiode/Apatit der extrazellulären Matrix von Knochen. Sie postulierten eine sich aus einer Überlagerung semikonduktiv rektifizierter Piezosignale entwickelnde diffuse Elektronegativität belasteter Areale der Knochenmatrix als ein biologisch signifikantes Signal für eine bioelektrische Unterlegung des Wolff'schen Gesetzes.R. O. Becker u. a. postulated in 1964 a bioelectric biosensor function collagen / apatite of the extracellular matrix of bone. They postulated a diffuse electronegativity of contaminated areas of the bone matrix, evolving from an overlay of semiconduuctively rectified piezosignals, as a biologically significant signal for a bioelectric underlay of Wolff's law.

Eigene experimentelle Arbeiten und kritische Analyse korrigierten 1989 dieses Konzept mit der Inauguration der interdisziplinär begründeten biologischen Hypothese einer bioelektrischen Signalleitfunktion der Kollagenfibrillen in der nervlosen extrazellulären Matrix von Knorpel-, Knochen- und anderen Bindegeweben des menschlichen und tierischen Organismus, so dass also das elektrische Biosensorsignal jeder einzelnen Kollagenperiode via signal-leitender Kollagenfibrille zu der für das Gewebsareal zugeordneten Knorpel- bzw. Knochenzelle geleitet wird. Aus dem ,analogen' bioelektrischen Matrixkonzept von R. O. Becker wurde nur ein ,biodigitales' bioelektrisches Matrixkonzept mit hierarchischen elektrophysiologischen Regulationsebenen, in der wässrigen Matrixphase (elektrische Strömungskinetik etc.) sowie im Niveau signalleitender Kollagenfibrillen und weiterer Strukturproteine (solid-state-like-Effekte und biodigitale Signalverarbeitung).His own experimental work and critical analysis in 1989 corrected this concept by inaugurating the interdisciplinary biological hypothesis of a bioelectric signal-guiding function of the collagen fibrils in the nerve-less extracellular matrix of cartilage, bone and other connective tissues of the human and animal organism, so that the electrical biosensor signal of each single collagen period via signal-conducting collagen fibril is directed to the associated cartilage or bone cell for the tissue area. From the 'analogue' bioelectric matrix concept of RO Becker only a 'bio-digital' bioelectric matrix concept with hierarchical electrophysiological regulation levels, in the aqueous matrix phase (electrical flow kinetics etc.) and in the level of signal-conducting collagen fibrils and other structural proteins (solid-state-like effects and biodigital signal processing).

Eine jüngste, noch nicht publizierte physiologische und pathophysiologische Verallgemeinerung und Übertragung des Biosensor- und Signalleitkonzepts der Kollagenfibrillen führte zu einer neuen nanobiologischen, bioelektronischen Betrachtung ausgewählter supramolekulärer faserartiger Proteinstrukturen in Körpergeweben des Menschen und der Vertebraten, aber auch in einer werten phylogenetischen Spannweite interessierender Tierspezies.A recent unpublished physiological and pathophysiological generalization and transmission of the biosensor and signaling concept of collagen fibrils has led to a new nanobiological, bioelectronic view of selected supramolecular fibrous protein structures in human and vertebrate body tissues, as well as in an appropriate phylogenetic range of animal species of interest.

Daraus gewonnene Einsichten und Erkenntnisse begründen einen neuartigen biotechnologischen Zugang auf auszuweisende, vornehmlich fibrilläre, native Proteinstrukturen unter dem Aspekt ihrer biotechnologischen Herstellung und praktische Nutzung, vornehmlich Ausnutzung ihrer mechanisch-elektrischen sowie mikro- und nanoelektronischen Eigenschaften, welche in der Beschreibung der Erfindung ausgeführt und erörtert werden.The insights and findings gained from this justify a novel biotechnological approach to identifying, primarily fibrillar, native protein structures in terms of their biotechnological production and practical use, primarily exploiting their mechanical-electrical and microelectronic and nanoelectronic properties, which is embodied and discussed in the description of the invention become.

Die so zu beschreibenden neuartigen Materialien bzw. für konzeptionell neue Einsatzmöglichkeiten konzipierten Strukturen können auch Einsatz finden als Interface-Material in Nanometer-Dimension für den Ausgleich elektrischer Potentialgradienten, z. B. auf Oberflächen oder in speziellen Faserverbundmaterialien.The novel materials to be described or structures conceived for conceptually new application possibilities can also be used as interface material in the nanometer dimension for the compensation of electrical potential gradients, eg. On surfaces or in special fiber composite materials.

Anlage Zitierte NichtpatentliteraturAttachment Quoted non-patent literature

  • Regling, G.: Conception of a bioelectromagnetic signal system via collagen fibril network; biochemical conclusions and underlying coherent mechanism . I. Solid state effects and hierarchical bioelectrical regulation . II. Electrical aspects, acid and neutral proteases, and the phenomenon of coherence. Electro- and Magnetobiology, 19 (2000), 149–175 . Regling, G .: Conception of a bioelectromagnetic signal system via collagen fibril network; biochemical conclusions and underlying coherent mechanism , I. Solid state effects and hierarchical bioelectrical regulation , II. Electrical aspects, acid and neutral proteases, and the phenomenon of coherence. Electro- and Magnetobiology, 19 (2000), 149-175 ,
  • Regling, G., Rückmann, H.-I.: The native collagen fibril – biosensor and signal conductor of the matrix of connective tissues . A new concept for a biological understanding of the regulation of connective tissues. Bioelectrochemistry and Bioenergetics (Elsevier, Lausanne), 22 (1989), 241–254 . Regling, G., Rückmann, H.-I .: The native collagen fibril - biosensor and signal conductor of the matrix of connective tissues , A new concept for a biological understanding of the regulation of connective tissues. Bioelectrochemistry and Bioenergetics (Elsevier, Lausanne), 22 (1989), 241-254 ,
  • Regling, G., Rückmann, H.-I., Buntrock, P.: The supramolecular organization of the cartilage matrix – A model for bioelectrical information transfer between biopolymers in vivo. XIth Jena Symposium on Biophysical Chemistry: Bioelectrochemistry in Biotechnology. Sept. 22–27, 1986 , Erfurt. Regling, G., Rückmann, H.-I., Buntrock, P .: The supramolecular organization of the cartilage matrix - A model for bioelectrical information transfer between biopolymers in vivo. XIth Jena Symposium on Biophysical Chemistry: Bioelectrochemistry in Biotechnology. Sept. 22-27, 1986 , Erfurt.
  • Rückmann, H.-I, Regling, G., Buntrock, P.: The supramolecular organization of the cartilage matrix – A model for bioelectrical information transfer between biopolymers in vivo. Studia biophysica. 119 (1987), 141–145 . Rückmann, H.-I, Regling, G., Buntrock, P .: The supramolecular organization of the cartilage matrix - A model for bioelectrical information transfer between biopolymers in vivo. Studia biophysica. 119 (1987), 141-145 ,
  • Regling, G., Sinh, N. D., Rückmann, G.: Nanoelectronic aspects of biokybernetical regulation in connective tissue matrix. Transactions, XIIIth Annual Meeting, Bioelectrical Repair and Growth Society (BRAGS), Dana Point, Los Angeles, Oct. 10–13, 1993 . Regling, G., Sinh, ND, Rückmann, G .: Nanoelectronic aspects of biochemical regulation in connective tissue matrix. Transactions, XIIIth Annual Meeting, Bioelectrical Repair and Growth Society (BRAGS), Dana Point, Los Angeles, Oct. 10-13, 1993 ,
  • Regling, G.: Regulationsebenen und Krankheitsdynamik des Arthrosegelenkes. Teil 1: Arthrose-Begriff und biomechanische Funktionsbeanspruchung. Teil 2: Biomechanische Mechanismen und Synovia-Ruhe-pO2. Z. ärztl. Fortbild, 88 (1994), 903–916 (ref. In PubMed) . Regling, G .: Regulation levels and disease dynamics of the arthrosis joint. Part 1: Arthrosis term and biomechanical functional stress. Part 2: Biomechanical Mechanisms and Synovial Rest pO2. Z. ärztl. Fortbild, 88 (1994), 903-916 (ref. In PubMed) ,
  • Regling, G., Jessen, N., Meister, St., Berg, R.: Intra-articular measurement of resting synovial pO2 (Oxygen partial pressure of synovial fluid) – a new point of intersection for clinical research in the areas of Arthrosis and pain . In: G. Regling (ed.): Wolff's Law and Connective Tissue Regulation, Walter de Gruyter Berlin New York, 1993, 299–320 ; Reprint: G. Regling (ed.): Wolff's Law and Connective Tissue Regulation, Walter de Gruyter, 2010, 299–320 . Regling, G., Jessen, N., Meister, St., Berg, R .: Intra-articular measurement of resting synovial pO2 (oxygen partial pressure of synovial fluid) - a new point of intersection for clinical research in the areas of arthrosis and pain , In: G. Regling (ed.): Wolff's Law and Connective Tissue Regulation, Walter de Gruyter Berlin New York, 1993, 299-320 ; Reprint: G. Regling (ed.): Wolff's Law and Connective Tissue Regulation, Walter de Gruyter, 2010, 299-320 ,
  • Regling, G., Pawlow, V.: Das Wolffsche Gesetz und die Spongiosaarchitektur der Knochen. Z. Klin. Med. 41 (1986), 473–475 . Regling, G., Pavlov, V .: The Wolff's law and the cancellous bone architecture. Z. Klin. Med. 41 (1986), 473-475 ,
  • Regling, G., Rückmann, H.-I.: An integrative concept for an electrophysiological signal system in the connective tissue matrix . The native collagen fibrils as biosensor and signal-conducting structure between nerve and cell as well as in the intercellular matrix, and a discussion of the underlying mechanism . In: G. Regling (ed.): Wolff's Law and Connective Tissue Regulation, Walter de Gruyter Berlin New York, 1993, 171–192 ; Reprint: G. Regling (ed.), Walter de Gruyter, 2010, 171–192 . Regling, G., Rückmann, H.-I .: An integrative concept for an electrophysiological signal system in the connective tissue matrix , The native collagen fibrils as a biosensor and signal-conducting structure between nerve and cell as well as in the intercellular matrix, and a discussion of the underlying mechanism , In: G. Regling (ed.): Wolff's Law and Connective Tissue Regulation, Walter de Gruyter Berlin New York, 1993, 171-192 ; Reprint: G. Regling (ed.), Walter de Gruyter, 2010, 171-192 ,
  • Regling, G., Rückmann, H.-I., U. Kappert, T. Volkmann: Elektrophysiologie der Bindegewebsmatrix. Die Biosensor- und Signalkonduktionsfunktion der Kollagenfibrille. Physikalische Mechanismen und Folgerungen für Medizin und Technik . Kleinheubacher Berichte, U. R. S. I.-Landesausschusses in der Bundesrepublik Deutschland und der ITG-Fachausschüsse, Band 36 (1993), 737–746 . Regling, G., Rückmann, H.-I., U. Kappert, T. Volkmann: Electrophysiology of the Connective Tissue Matrix. The biosensor and signal-conditioning function of collagen fibrils. Physical Mechanisms and Consequences for Medicine and Technology , Kleinheubacher Reports, URSI State Committee in the Federal Republic of Germany and the ITG Technical Committees, Volume 36 (1993), 737-746 ,
  • Regung, G., Rückmann, H.-I., Sinh, N. D., Kappen, U., Volkmann, T., Papstein, V.: Mechanismen der Wirkung schwacher elektromagnetischer Wechselfel-der auf biologisches Gewebe (Theorie und Experiment) . Kleinheubacher Berichte, U. R. S. I.-Landesausschusses in der Bundesrepublik Deutschland und der ITG-Fachausschüsse, Band 37 (1994), 779–786 . Regung, G., Rückmann, H.-I., Sinh, ND, Caps, U., Volkmann, T., Papstein, V .: Mechanisms of the effect of weak electromagnetic alternating field on biological tissue (theory and experiment) , Kleinheubacher Reports, URSI State Committee in the Federal Republic of Germany and the ITG Technical Committees, Volume 37 (1994), 779-786 ,
  • Regling, G., Zippel, H., Rückmann, H.-I., u. a.: Bioelektrische Messungen für ein integratives Konzept der Morphogenese und Leistungsadaptation mechanisch beanspruchter Bindegewebe. I. Bioelektrische Deformationspotentiale an Gelenkknorpel in vitro. Z. Klin. Med. 43 (1988), 1771–1777 . Regling, G., Zippel, H., Rückmann, H.-I., et al .: Bioelectrical measurements for an integrative concept of morphogenesis and performance adaptation of mechanically stressed connective tissue. I. Bioelectric deformation potential of articular cartilage in vitro. Z. Klin. Med. 43 (1988), 1771-1777 ,
  • Regling, G.: Magnetic fields and connective tissue regulation. Electro- and Magnetobiology. 20 (2001), 255–258 . Regling, G .: Magnetic fields and connective tissue regulation. Electro and Magnetobiology. 20 (2001), 255-258 ,
  • Regling, G.: Übertragbarkeit von Arthrosemodellen. Interview in Kongress-Zeitschrift ,Highlights', Rheumatologentagung Nürnberg '92, pmi-Verlagsgruppe GmbH, Frankfurt/M, Ausgabe 2; 03. Dezember 1992, Seite 1–3 . Regling, G .: Transferability of Arthrosis Models. Interview in Kongress-Zeitschrift, Highlights', Rheumatologist Conference Nuremberg '92, pmi-Verlagsgruppe GmbH, Frankfurt / M, Issue 2; December 03, 1992, page 1-3 ,
  • Regling, G.: Bioelektrische Aspekte zum Remodeling von Binde- und Stützgewebe. In: Pesch, H.-J., Stöß, H., Kummer, B. (eds.): Osteologie aktuell VII, Springer Berlin Heidelberg New York, 1993, 98–102 . Regling, G .: Bioelectric aspects for the remodeling of connective and supporting tissue. In: Pesch, H.-J., Stoss, H., Kummer, B. (eds.): Osteology aktuell VII, Springer Berlin Heidelberg New York, 1993, 98-102 ,
  • Regling, G.: Differente Mechanismen der funktionellen Strukturanpassung des Knochens bei Immaturen und Adulten . In: Kummer, B., Koebke, J., Bade, H., Pesch, H.-J. (eds.): Osteologie aktuell IX, VISU-Verlag, Herzogenaurach, 1995, 10–13 . Regling, G .: Differente mechanisms of functional structural adaptation of the bone in immatures and adults , In: Kummer, B., Koebke, J., Bade, H., Pesch, H.-J. (eds.): Osteologie aktuell IX, VISU-Verlag, Herzogenaurach, 1995, 10-13 ,
  • Becker, R. O., Bassett, C. A. L., Bachman, C. H.: Bioelectrical factors controlling bone structure . In: Frost, H. M. (ed.): Bone Biodynamics, 1964, Little Brown & Co. Inc., Boston, 209–232 . Becker, RO, Bassett, CAL, Bachman, CH: Bioelectrical factors controlling bone structure , In: Frost, HM (ed.): Bone Biodynamics, 1964, Little Brown & Co. Inc., Boston, 209-232 ,
  • Becker, R. O.: The biological factors in amphibian-limb regeneration. J. Bone Joint Surg. 43A (1961), 643–656 . Becker, RO: The biological factors in amphibian-limb regeneration. J. Bone Joint Surg. 43A (1961), 643-656 ,
  • Becker, R. O., Marino, A. A.: Electromagnetism & Life, 1982 , http://www.ortho.1suhsc.edu/Faculty/Marino/EL/ELTOC.html Becker, RO, Marino, AA: Electromagnetism & Life, 1982 . http://www.ortho.1suhsc.edu/Faculty/Marino/EL/ELTOC.html
  • Wolff, Julius: Das Gesetz der Transformation der Knochen. Berlin. Verlag von August Hirschwald, 1892 . Reprint: Bergmann, G., Duda, G. (eds.), Pro Business Verlag, 2010 . Wolff, Julius: The Law of Transformation of Bones. Berlin. Publisher of August Hirschwald, 1892 , Reprint: Bergmann, G., Duda, G. (eds.), Pro Business Publishing, 2010 ,
  • Grodzinsky, A. J.: Electromechanical and physicochemical properties of connective tissues. CRC Crit. Rev. Biomed. Eng. 9 (1983), 133–199 . Grodzinsky, AJ: Electromechanical and physicochemical properties of connective tissues. CRC Crit. Rev. Biomed. Closely. 9 (1983), 133-199 ,
  • Maroudas, Alice: Physicochemical properties of articular cartilage. In: Freeman, M. A. R.: Adult articular cartilage. Pitman Medical, Oxford, 1973, 131–170 . Maroudas, Alice: Physicochemical properties of articular cartilage. In: Freeman, MAR: Adult articular cartilage. Pitman Medical, Oxford, 1973, 131-170 ,
  • Mathews, M. B.: Connective Tissue: Macromolecular Structure and Evolution. Springer Berlin Heidelberg New York, 1975 . Mathews, MB: Connective Tissue: Macromolecular Structure and Evolution. Springer Berlin Heidelberg New York, 1975 ,
  • Mecham, R. P., Heuser, J. E.: The elastin fiber . In: Hay, E. D. (ed.).: Cell Biology of extracellular Matrix, Plenum Press New York London, 1991, 79–109 . Mecham, RP, Heuser, JE: The elastin fiber , In: Hay, ED (ed.): Cell Biology of Extracellular Matrix, Plenary Press New York London, 1991, 79-109 ,
  • Regling, G. (ed.): Wolff's Law and connective tissue research. Modern interdisciplinary comments an Wolff's Law of connective tissue regulation and rational understanding of common clinical problems Walter de Gruyter. Berlin, New York, 1993 . Reprint: G. Regling (ed.), Walter de Gruyter, Berlin New York, 2010 Regling, G. (ed.): Wolff's Law and connective tissue research. Modern interdisciplinary comments on Wolff's Law of connective tissue regulation and rational understanding of common clinical problems by Walter de Gruyter. Berlin, New York, 1993 , Reprint: G. Regling (ed.), Walter de Gruyter, Berlin, New York, 2010
  • Stockwell, R. A.: ”Biology of Cartilage Cells”, Cambridge University Press, Cambridge London New York Melbourne, 1979, 43–46 . Stockwell, RA: "Biology of Cartilage Cells", Cambridge University Press, Cambridge London New York Melbourne, 1979, 43-46 ,
  • Ahn, A. C., Grodzinsky, A. J.: Relevante of collagen piezoelectricity to ”Wolff's Law”: A critical review. Medical Engineering & Physics 31 (2009), 733–741 . Ahn, AC, Grodzinsky, AJ: Relevant of collages piezoelectricity to "Wolff's Law": A critical review. Medical Engineering & Physics 31 (2009), 733-741 ,
  • Athenstaedt, H.: Permanent longitudinal electric polarization and pyroelectric behaviour of collagenous structures and nervous tissue in man and other vertebrates. Nature. 228 (1970), 830–834 . Athenstaedt, H .: Permanent longitudinal electric polarization and pyroelectric behavior of collagenous structures and nervous tissue in and other vertebrates. Nature. 228 (1970), 830-834 ,
  • Athenstaedt, H., Claussen, H., Schaper, D.; Epidermis of human skin: Pyroelectric and piezoelectric sensor layer. Science. 216 (1982), 1018–1020 . Athenstaedt, H., Claussen, H., Schaper, D .; Epidermis of human skin: pyroelectric and piezoelectric sensor layer. Science. 216 (1982), 1018-1020 ,
  • Buchholz, Th., Kutrib, M.: Molekulare Computer. Spiegel der Forschung. 15 (1998), 27–36 . Buchholz, Th., Kutrib, M .: Molecular Computer. Mirror of research. 15 (1998), 27-36 ,
  • Cope, F. W.: Magnetic flux trapping in graphite as evidente for possible room temperature supercanduction. Physiol. Chem. Physics. 12 (1980), 261–263 . Cope, FW: Magnetic flux trapping in graphite as evident for possible room temperature supercanduction. Physiol. Chem. Physics. 12 (1980), 261-263 ,
  • Cope, F. W: A relativistic interpretation of superconductivity, amorphous switching, and plasmas, in which c is undefined. Further comments. Physiol. Chem. Physics. 13 (1981), 517–521 . Cope, F. W: A relativistic interpretation of superconductivity, amorphous switching, and plasmas, in which c is undefined. Further comments. Physiol. Chem. Physics. 13 (1981), 517-521 ,
  • Cope, F. W.: On the relativity and uncertainty of electromagnetic energy at superconductivity boundary. Application to perception of weak magnetic fields by a living system. Physiol. Chem. Physics. 13 (1981), 231–239 . Cope, FW: On the relativity and uncertainty of electromagnetic energy at superconductivity boundary. Application to perception of weak magnetic fields by a living system. Physiol. Chem. Physics. 13 (1981), 231-239 ,
  • Cope, F. W.: Biological sensitivity to weak magnetic fields due to biological superconductive Josephson junctions. Physiol. Chem. Phys. 5 (1973), 173 . Cope, FW: Biological sensitivity to weak magnetic fields due to biological superconductive Josephson junctions. Physiol. Chem. Phys. 5 (1973), 173 ,
  • Cope, F. W., Straub, K. D.: Calculation and measurement of semiconduction activation energy and electron mobility in cytochrome oxidase, with evidence that charge carriers are polarons, which may couple oxidation to phosphorylation. Bull. Math. Biophys. 31 (1979), 761–774 . Cope, FW, Straub, KD: Calculation and measurement of semiconduction activation and electron mobility in cytochrome oxidase, with evidence that charge carriers are polarons, which may couple oxidation to phosphorylation. Bull. Math. Biophys. 31 (1979), 761-774 ,
  • Frost, H. M.: A condral modeling theory. Calcif. Tiss. Int. 28 (1979), 181–200 . Frost, HM: A constral modeling theory. Calcif. Tiss. Int. 28 (1979), 181-200 ,
  • Fukada, E.: Piezoelectric properties of organic polymers. Ann. N. Y. Acad. Sci. 238 (1974), 7–25 . Fukada, E .: Piezoelectric properties of organic polymers. Ann. NY Acad. Sci. 238 (1974), 7-25 ,
  • Kasumov, A. Vu., Nakamae, S., Cazeyous, M., Kawasaki, T., Okahata, Y.: Effect of premelting on conductivity of DNA-lipid films. Research Letters in Nanotechnology. Volume 2009, Artikel ID 540257, doi: 10.155120091540257 . Kasumov, A. Vu., Nakamae, S., Cazeyous, M., Kawasaki, T., Okahata, Y .: Effect of Premixing on the Conduct of DNA-lipid Films. Research Letters in Nanotechnology. Volume 2009, Article ID 540257, doi: 10.155120091540257 ,
  • Ling, G. N., Miller, C., Ochsenfeld, M. M.: The physical state of solutes and water in living cells according to the association-induction hypothesis. Ann. N. Y. Acad. Sci. 204 (1973), 6–13 . Ling, GN, Miller, C., Ochsenfeld, MM: The physical state of solutes and water in living cells according to the association-induction hypothesis. Ann. NY Acad. Sci. 204 (1973), 6-13 ,
  • Maroudas, A.: Physicochemical properties of properties of cartilage in light of ion exchange theory. Biophys. J. 8 (1968), 575–595 . Maroudas, A .: Physicochemical properties of cartilage in light of ion exchange theory. Biophys. J. 8 (1968), 575-595 ,
  • Minary-Jolandan, M., Vu, M.-F.: Nanoscale characterization of isolated individual type I collagen fibrils: polarization and piezoelectricity. Nanotechnology. 20 (2009), 085706 doi: 10.1088/0957-4484 . Minary-Jolandan, M., Vu, M.-F .: Nanoscale characterization of isolated individual type collagen fibrils: polarization and piezoelectricity. Nanotechnology. 20 (2009), 085706 doi: 10.1088 / 0957-4484 ,
  • Madis, L., Ádány, R., Lakatos, I.: Polarisationsoptische Analyse der menschlichen embryonalen Knorpelmatrix. Acta Histochem. Suppl. 26(1982), 305–312 . Madis, L., Ádány, R., Lakatos, I .: Polarization Optical Analysis of the Human Embryonic Cartilage Matrix. Acta Histochem. Suppl. 26 (1982), 305-312 ,
  • Miyamoto, A., Lau, R., Hein, P. W., Shiply, J. M., Weinmaster, G.: Microfibrillar Proteins MAPGP-1 and MAGP-2 induce notch 1 extracellular domain dissociation and receptor activation. J. Biol. Chem. 281 (2006), 1089–1097 . Miyamoto, A., Lau, R., Hein, PW, Shiply, JM, Weinmaster, G .: Microfibrillar protein MAPGP-1 and MAGP-2 induce notch 1 extracellular domain dissociation and receptor activation. J. Biol. Chem. 281 (2006), 1089-1097 ,
  • Pischinger, A., Heine, H., Bergsmann, O., Perger, F.: Das System der Grund-Regulation: Grundlagen einer garizheitsbiologischen Medizin. Haug, 1980 . Pischinger, A., Heine, H., Bergsmann, O., Perger, F .: The System of Basic Regulation: Fundamentals of a Mechanism of Bioscience. Haug, 1980 ,
  • Poole, C. A., Flint, M. H.: Isolation of chondrons from articular cartilage. XVth. Symposium ESOA, Kuopio, 25–27, 06-1986 . Poole, CA, Flint, MH: Isolation of chondrons from articular cartilage. XVth. Symposium ESOA, Kuopio, 25-27, 06-1986 ,
  • Shamos, M. H., Lavine, L. S.: Piezoelectricity as a fundamental property of biological tissues. Nature. 213 (1967), 267–269 . Shamos, MH, Lavine, LS: Piezoelectricity as a fundamental property of biological tissues. Nature. 213 (1967), 267-269 ,
  • Schawlow, A. L., Devlin, G. E.: Effect of the energy gap an the penetration depth of superconductors. Physiol. Rev. 113 (1959), 120–126 . Schawlow, AL, Devlin, GE: Effect of the energy gap on the penetration depth of superconductors. Physiol. Rev. 113 (1959), 120-126 ,
  • Baldock, C., Koster, A. J., Ziese, U., Rock, M. J., Sherratt, M. J., Kadler, K. E., Shuttleworth, C. A., Kielty, C. M.: The supramolecular organization of fibrillinrich microfibrils. J. Cell Biol. 152 (2001), 1045–1056 . Baldock, C., Koster, AJ, Ziese, U., Rock, MJ, Sherratt, MJ, Kadler, KE, Shuttleworth, CA, Kielty, CM: The supramolecular organization of fibrillinrich microfibrils. J. Cell Biol. 152 (2001), 1045-1056 ,
  • Caldini, E. G., Caldini, N., u. a.: Distribution of elastic system fibrils in the rat tail tendon and its associated sheaths. Acta Anat. (Basel), 139 (1990), 341–348 . Caldini, EG, Caldini, N., et al.: Distribution of elastic system fibrils in the rat tail tendon and its associated sheaths. Acta Anat. (Basel), 139 (1990), 341-348 ,
  • Graham, H. K., Hodson, N. W. u. a.: Tissue section AFM: In situ ultrastructural imaging of native biomolecules. Matrix Biol:. 29 (2010), 254–260 . Graham, HK, Hodson, NW et al .: Tissue section AFM: In situ ultrastructural imaging of native biomolecules. Matrix Biol :. 29 (2010), 254-260 ,
  • Hesse, I.: The occurrence of elastic system fibres in the matrix of normal articular cartilage. Cell. Tiss. Res. 248 (1987), 589–593 . Hesse, I .: The occurrence of elastic system fibers in the matrix of normal articular cartilage. Cell. Tiss. Res. 248 (1987), 589-593 ,
  • Hubmacher, D., El-Hallous, E. I. u. a.: Biogenesis of extracellular microfibrils: Multimerization of the fibrillin-1 C terminus into bead-like structures enables self-assembly. Proc. Natl Acad. Sci. USA. 105 (2008), 6548–6553 . Hubmacher, D., El-Hallous, EI et al.: Biogenesis of extracellular microfibrils: Multimerization of the fibrillin-1 C terminus into bead-like structures enables self-assembly. Proc. Natl Acad. Sci. USA. 105 (2008), 6548-6553 ,
  • Hubmacher, D., Tiedemann, K., Reinhardt, D. P.: Fibrillins: from biogenesis of microfibrils to signaling functions. Curr. Top. Dev. Biol. 75 (2006), 93–123 . Hubmacher, D., Tiedemann, K., Reinhardt, DP: Fibrillins: from biogenesis of microfibrils to signaling functions. Curr. Top. Dev. Biol. 75 (2006), 93-123 ,
  • Kielty, C. M., Baldock, C., Lee, D., Rock, M. J., Ashworth, J. L., Shuttleworth, C. A.: Fibrillin: from microfibril assembly to biomechanical function. Phil. Trans. R. Soc. Lond. 357 B (2002), 207–217 . Kielty, CM, Baldock, C., Lee, D., Rock, MJ, Ashworth, JL, Shuttleworth, CA: Fibrillin: from microfibril assembly to biomechanical function. Phil. Trans. R. Soc. Lond. 357 B (2002), 207-217 ,
  • Kielty, C. M., Sherratt, M. J., Shuttleworth, C. A.: Elastic fibres. J. Cell Science, 115 (2002), 2817–2828 . Kielty, CM, Sherratt, MJ, Shuttleworth, CA: Elastic fibers. J. Cell Science, 115 (2002), 2817-2828 ,
  • Kielty, C. M., Stephan, S., Sherratt, M. J., M. Williamson, Shuttleworth, C. A.: Applying elastic fibre biology in vascular tissue engineering. Phil. Trans R Soc B, 362 (2007), 1293–1312 . Kielty, CM, Stephan, S., Sherratt, MJ, M. Williamson, Shuttleworth, CA: Applying elastic fiber biology in vascular tissue engineering. Phil. Trans R Soc B, 362 (2007), 1293-1312 ,
  • Mansfield, J., Yu, J. u. a.: The elastic network: its relationship with collagen and cells in articular cartilage as visualized by multiphoton microscopy. J. Anat. 215 (2009), 682–691 . Mansfield, J., Yu, J. et al .: The elastic network: its relationship with collagen and cells in articular cartilage as visualized by multiphoton microscopy. J. Anat. 215 (2009), 682-691 ,
  • Montes, G. S.: Structural biology of the fibres of the collagenous and elastic systems. Cell Biol. Int. 20 (1996), 15–27 . Montes, GS: Structural biology of the fibers of the collagenous and elastic systems. Cell Biol. Int. 20 (1996), 15-27 ,
  • Nakatomi, Y., Tsuruga, E., Nakashima, K., Sawa, Y., Ishikawa, H.: EMILIN-1 regulates the amount of oxytalan fiber formation in periodontal ligaments in vitro. Connect. Tissue Res. 52 (2011), 30–35 . Nakatomi, Y., Tsuruga, E., Nakashima, K., Sawa, Y., Ishikawa, H .: EMILIN-1 regulates the amount of oxytalan fiber formation in periodontal ligaments in vitro. Connect. Tissue Res. 52 (2011), 30-35 ,
  • Rodrigez de Souza, R., u. a.: Identification of collagen, elastic, elaunin and oxytalan fibres in ganglia of the myenteric plexus of the human oesophagus. Anat. Embryol. (Berl.). 179 (1988), 97–102 . Rodrigez de Souza, R., et al.: Identification of collagen, elastic, elaunin and oxytalan fibers in ganglia of the myenteric plexus of the human esophagus. Anat. Embryol. (Berl.). 179 (1988), 97-102 ,
  • Strocchi, R., Leonardi, L., u. a.: Ultrastructure aspects of rat tail tendon sheats. J. Anat., 140 (1985), 57–67 . Strocchi, R., Leonardi, L., et al .: Ultrastructure aspects of rat tail tendon sheats. J. Anat., 140 (1985), 57-67 ,
  • Ushiki, T.: Collagen fibers, reticulin fibers and elastic fibers. A comprehendsive understanding from a morphological viewpoint. Arch. Histol. Cytol. 65(2002), 109–126 . Ushiki, T .: Collagen fibers, reticulin fibers and elastic fibers. A comprehensive understanding from a morphological viewpoint. Arch. Histol. Cytol. 65 (2002), 109-126 ,
  • Wagenseil, J. E., Mecham, R. P.: Vascular extracellular matrix and arterial mechanics. Physiol. Rev. 89 (2009), 957–989 . Wagenseil, JE, Mecham, RP: Vascular extracellular matrix and arterial mechanics. Physiol. Rev. 89 (2009), 957-989 ,
  • Yu, J., Urban, J. P.: The elastic network of articular cartilage: an immunohistochemical study of elastin fibres and microfibrils. J. Anat. 216 (2010), 533–541 . Yu, J., Urban, JP: The elastic network of articular cartilage: an immunohistochemical study of elastin fibers and microfibrils. J. Anat. 216 (2010), 533-541 ,
  • Buttafoco, L., Kolkman, N. G. u. a.: Electrospinning of collagen and elastin for tissue engineering applications. Biomaterials. 27 (2006), 724–734 . Buttafoco, L., Kolkman, NG et al .: Electrospinning of collagen and elastin for tissue engineering applications. Biomaterials. 27 (2006), 724-734 ,
  • Geutjes, P. J., u. a.: From molecules to matrix: construction and evolution of molecularly defined bioscaffolds. Adv. Exp. Med. Biol. 585 (2006), 279–295 . Geutjes, PJ, et al .: From molecules to matrix: construction and evolution of molecularly defined bioscaffolds. Adv. Exp. Med. Biol. 585 (2006), 279-295 ,
  • Kasumov, A., u. a.: Proximity-induced superconductivity in carbon nanotubes. Comtes Rendus de l'Academie des Sciences – Series IIB, 327 (1999), 933–943Kasumov, A., u. a .: Proximity-induced superconductivity in carbon nanotubes. Comtes Rendus de l'Academie des Sciences - Series IIB, 327 (1999), 933-943
  • Kasumov, A. Vu., Kociak, M., Guéran, Reulet, B., Volkov, V. T., Klinov, D. V., Bouchiat, H.: Proximity-induced superconductivity in DNA. Science. 291 (2001), 280–282 . Kasumov, A. Vu., Kociak, M., Guéran, Reulet, B., Volkov, VT, Klinov, DV, Bouchiat, H .: Proximity-induced superconductivity in DNA. Science. 291 (2001), 280-282 ,
  • Miao, M., Bellingham, C. M., Stahl, R. J. u. a.: Sequence and structure determinants for the self-aggregation of recombinant polypeptides modeled after human elastin. J. Biol. Chem. 278 (2003), 48553–48562 . Miao, M., Bellingham, CM, Stahl, RJ et al .: Sequence and structure determinants for the self-aggregation of recombinant polypeptides modeled after human elastin. J. Biol. Chem. 278 (2003), 48553-48562 ,
  • Neves, N. M., Campos, R. u. a.: Patterning of polymer nanofiber meshes by electrospinning for biological applications. Int. J. Nanomedicine 2 (2007), 433–448 . Neves, NM, Campos, R. et al .: Patterning of polymeric nanofiber meshes by electrospinning for biological applications. Int. J. Nanomedicine 2 (2007), 433-448 ,
  • Patel, A., Fine, B. u. a.: Elastin biosynthesis: The missing link in tissue-engineered blood vessels. Cardiovascular Research. 71 (2006), 40–49 . Patel, A., Fine, B. et al.: Elastin biosynthesis: The missing link in tissue-engineered blood vessels. Cardiovascular Research. 71 (2006), 40-49 ,
  • Pepe, A., Armenante, M., Bochicchio, B., Tamburro, M.: Formation of nanostructures by self-assembly of an elastin peptide. Soft Matter. 5 (2009), 104–113 . Pepe, A., Armenante, M., Bochicchio, B., Tamburro, M .: Formation of nanostructures by self-assembly of an elastin peptide. Soft Matter. 5 (2009), 104-113 ,
  • Pepe, A., Bochicchio, B., Tamburro, A. M.: Supramolecular organization of elastin and elastin-related nanostructured biopolymers. Nanomedicine (Lond.) 2 (2007), 203–208 . Pepe, A., Bochicchio, B., Tamburro, AM: Supramolecular organization of elastin and elastin-related nanostructured biopolymers. Nanomedicine (Lond.) 2 (2007), 203-208 ,
  • Roche, S.: Carbon nanotubes: Exceptional mechanical and electronic properties. Annales de Chimie Science des Matériaux. 25 (2000), 529–532 . Roche, S .: Carbon nanotubes: Exceptional mechanical and electronic properties. Annales de Chimie Science of Matériaux. 25 (2000), 529-532 ,
  • Tamburro, A. M., Panariello, S., Santopietro, V, Bracalello, A., Bochicchio, B., Pepe, A.: Molecular and supramolecular structural studies on significant repetitive sequence of resilin. Chembiochem. 11 (2010), 83–93 . Tamburro, AM, Panariello, S., Santopietro, V, Bracalello, A., Bochicchio, B., Pepe, A .: Molecular and supramolecular structural studies on significant repetitive sequence of resilience. ChemBioChem. 11 (2010), 83-93 ,
  • Wang, M. C., Lu, Y, Baldock, C.: Fibrillin microfibrils: a key role for the interband region in elasticity. J. Mol. Biol. 388 (2009) 168–179 . Wang, MC, Lu, Y, Baldock, C .: Fibrillin microfibrils: a key role for the interband region in elasticity. J. Mol. Biol. 388 (2009) 168-179 ,

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 4314688 A1 [0043] DE 4314688 A1 [0043]

Claims (8)

Bionische Materialien, die mit gentechnischer Methodik und/oder biotechnologischen Verfahren aus elastischen Bindegewebsfasern (Fibrillin-Mikrofibrillen, Elastin, Oxytalan-Fibrillen und analogen Fibrillen- und Faserstrukturen des elastischen Systems der extrazellulären Matrix von Bindegeweben) und biologischen Kopplungsmolekülen (z. B. Laminin, Fibronectin u. a.) aufgebaut sind, mit der Eigenschaft, elektrische Ladungen entlang den Faserstrukturen und Kopplungsmolekülen zu leiten und über die Faser- oder Gewebsstruktur des bionischen Materials auszugleichen und/oder abzuleiten. Es handelt sich u. a. um die biotechnologische Ausnutzung einer biodigitalen bioelektronischen Signalgeneration und Signalleitung entlang den bezeichneten nativen supramolekularen Proteinstrukturen. Dabei können die Kopplungsmoleküle semikonduktive Eigenschaften haben und können auf diese Weise auch anteilig elektrische Ladung innerhalb des elastischen Fibrillennetzes des bionischen Materials speichern.Bionic materials derived from elastic connective tissue fibers (fibrillin microfibrils, elastin, oxytalan fibrils and analogous fibril and fibrous structures of the elastic extracellular matrix system of connective tissues) and biological coupling molecules (eg laminin) using genetic engineering and / or biotechnological techniques Fibronectin, etc.) having the property of conducting electrical charges along the fiber structures and coupling molecules and balancing and / or dissipating via the fiber or tissue structure of the bionic material. It is u. a. the biotechnological exploitation of a biodigital bioelectronic signal generation and signaling along the designated native supramolecular protein structures. In this case, the coupling molecules can have semiconductive properties and in this way can also proportionally store electrical charge within the elastic fibril network of the bionic material. Materialien, die mit gentechnischer Methodik als elastische Mikrofibrillen-Geflechte, -Fasern, komplexe elastische Fasern oder anderen Strukturen aus dem genetischen Material von Vertebraten (Wirbeltieren), darüberhinaus auch entsprechender elastischer Fibrillen, fibrillin-reicher Mikrofibrillen und elastische Fasern der extrazellulären Matrix von Körpergeweben von Tierspezies anderer Tierklassen, beispielhaft genannt Tierspezies von Arthropoden (darunter Insekten, z. B. Drosophila u. a.) mit Einschluss von Resilin sowie fibrillin-reichen Mikrofibrillen in Nanofibrillen-Niveau sowie beispielhaft weiter Polypen und Quallen mit fibrillin-reichen Mikrofibrillen, mit dem Vorteil, dass sie bei gewünschten Temperaturen deutlich unterhalb 37°C und ggf. bei geringerer Feuchtigkeit des Materials Mikrofibrillen mit nativer helikaler Tertiärstruktur und dadurch definierte elastische und elektrische Eigenschaften gemäß Anspruch 1 aufweisen bzw. bewahren.Materials using genetic engineering techniques as elastic microfibrillar meshes, fibers, complex elastic fibers or other structures of the genetic material of vertebrates, in addition also corresponding elastic fibrils, fibrillin-rich microfibrils and elastic fibers of the extracellular matrix of body tissues of Animal species of other animal classes, by way of example animal species of arthropods (including insects, eg Drosophila and others) with inclusion of resilin and fibrillin-rich microfibrils in the nanofibrillar level as well as by way of example polyps and jellyfish with fibrillin-rich microfibrils, with the advantage that they have or maintain at desired temperatures well below 37 ° C and possibly at lower humidity of the material microfibrils with native helical tertiary structure and thus defined elastic and electrical properties. Materialien, die mit gentechnischer Methodik aus zellulärem und geweblichen Proben von schlachtfrischen warmblütigen Tieren, z. B. Schlachttieren der Landwirtschaft, gewonnen werden und also komplexe elastische Faserstrukturen – z. B. aus zentralem Elastinscore und umgebenden elastischen Mikrofibrillen – enthalten mit den artspezifischen Kopplungsmolekülen und dadurch definierten elastischen und elektrischen Eigenschaften gemäß Anspruch 1.Materials derived by genetic engineering from cellular and tissue samples of freshly killed warm-blooded animals, e.g. As slaughter animals of agriculture, are obtained and therefore complex elastic fiber structures -. B. from central Elastinscore and surrounding elastic microfibrils - containing the species-specific coupling molecules and thereby defined elastic and electrical properties according to claim 1. Materialien nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elastischen Fasern und Fibrillen des Materials mit anderen Materialien eine innige Grenzflächenverbindung eingehen, welche elektrisch leitend oder elektrisch semikonduktiv ist und elektrische Ladungen durch das bionische Material leiten bzw. ableiten und auch in definierter Weise anteilig kapazitiv speichern kann.Materials according to claims 1 to 3, characterized in that the elastic fibers and fibrils of the material with other materials form an intimate interface compound which is electrically conductive or electrically semi-conductive and conduct electrical charges through the bionic material and also in a defined manner can store proportionally capacitive. Bionische Materialien mit den Eigenschaften des Anspruchs 1 sowie den Ansprüchen 2, 3 und oder 4, deren elektrische Leitfähigkeit entlang den biopolymeren Strukturen, z. B. entlang Fasern aus elastischen Mikrofibrillen oder entlang elastischen Fasern aus Elastin/Resilin und umgebenden Mikrofibrillen sowie bionischen Kopplungsmolekülen in solch erheblichem Maße größer ist als eine Ionenleitung und Katalyse in wässriger Lösung, so dass sie ihre beschriebenen charakteristischen Eigenschaften auch in feuchter oder wässriger Umgebung oder Elektrolytlösung erhalten, wie sie z. B. die interstitielle Gewebsflüssigkeit von Körpergeweben darstellt.Bionic materials having the properties of claim 1 and claims 2, 3 and or 4, whose electrical conductivity along the biopolymeric structures, e.g. B. along fibers of elastic microfibrils or along elastic fibers of elastin / Resilin and surrounding microfibrils and bionic coupling molecules to such considerable extent is greater than ionic conduction and catalysis in aqueous solution, so that they have their described characteristics even in humid or aqueous environment or Get electrolyte solution, as z. B. represents the interstitial tissue fluid of body tissues. Materialien nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie als bionische Verbundwerkstoffe, z. B. in Verbindung mit Kollagenen oder anderen Polymermaterialien, gefertigt sind und ihre im Patentanspruch beschriebene Eigenschaft aus den enthaltenen elastischen Fasern, Elastin, Mikrofibrillen oder Kombinationen davon herzuleiten und zu begründen sind.Materials according to claims 1 to 5, characterized in that they are used as bionic composite materials, for. As in connection with collagen or other polymer materials, are manufactured and their property described in the claim from the contained elastic fibers, elastin, microfibrils or combinations thereof derive and justify. Materialien nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass enthaltene Biopolymere mit technischen bzw. biotechnologischen Methoden verändert wurden mit zusätzlichen Syntheseschritten (bis hin zur vollständigen artifiziellen Synthese der Polymerkomponenten des Materials nach dem im Patent beschriebenen bionischen Vorbild) mit dem Ziel, die biophysikalischen, physikochemischen und materialtechnischen Eigenschaften technisch zu optimieren oder anderen konkreten Anwendungen optimal anzupassen.Materials according to claims 1 to 6, characterized in that the biopolymers contained have been modified by technical or biotechnological methods with additional synthetic steps (up to the complete artificial synthesis of the polymer components of the material according to the bionic model described in the patent) with the aim of biophysical to technically optimize physicochemical and material properties or to optimally adapt them to other concrete applications. Materialien der Ansprüche 1 bis 7, einsetzbar als biogene nanoelektronische Signalleitstruktur im konzeptionellen DNA-Computer, soweit hier die genannten Strukturen elastischer fibrillärer Fasern und Mikrofibrillen eingesetzt werden, auch zusammen mit anderen, z. B. intrazelluläre Signalleitung simulierender nativer, biotechnologisch hergestellter Proteinstrukturen mit nutzbaren bioelektronischen Eigenschaften.Materials of claims 1 to 7, can be used as a biogenic nanoelectronic Signalleitstruktur in the conceptual DNA computer, as far as the said structures of elastic fibrillar fibers and microfibrils are used, also together with other, eg. B. intracellular signal transmission of simulated native biotechnologically produced protein structures with useful bioelectronic properties.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107085659A (en) * 2017-04-24 2017-08-22 吉林大学 A kind of preparation method of the soft and hard alternation pattern biomimetic material based on frictional behaviour
CN107601956A (en) * 2017-08-09 2018-01-19 迈嘉尔化工(武汉)有限公司 A kind of supermolecule anti-crack concrete additive and preparation method thereof

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4314688A1 (en) 1993-05-04 1994-11-10 Daimler Benz Ag Optical star coupler

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4314688A1 (en) 1993-05-04 1994-11-10 Daimler Benz Ag Optical star coupler

Non-Patent Citations (92)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A new concept for a biological understanding of the regulation of connective tissues. Bioelectrochemistry and Bioenergetics (Elsevier, Lausanne), 22 (1989), 241-254
Ahn, A. C., Grodzinsky, A. J.: Relevante of collagen piezoelectricity to "Wolff's Law": A critical review. Medical Engineering & Physics 31 (2009), 733-741
Athenstaedt, H., Claussen, H., Schaper, D.; Epidermis of human skin: Pyroelectric and piezoelectric sensor layer. Science. 216 (1982), 1018-1020
Athenstaedt, H.: Permanent longitudinal electric polarization and pyroelectric behaviour of collagenous structures and nervous tissue in man and other vertebrates. Nature. 228 (1970), 830-834
Baldock, C., Koster, A. J., Ziese, U., Rock, M. J., Sherratt, M. J., Kadler, K. E., Shuttleworth, C. A., Kielty, C. M.: The supramolecular organization of fibrillinrich microfibrils. J. Cell Biol. 152 (2001), 1045-1056
Becker, R. O., Bassett, C. A. L., Bachman, C. H.: Bioelectrical factors controlling bone structure
Becker, R. O., Marino, A. A.: Electromagnetism & Life, 1982
Becker, R. O.: The biological factors in amphibian-limb regeneration. J. Bone Joint Surg. 43A (1961), 643-656
Bergmann, G., Duda, G. (eds.), Pro Business Verlag, 2010
Buchholz, Th., Kutrib, M.: Molekulare Computer. Spiegel der Forschung. 15 (1998), 27-36
Buttafoco, L., Kolkman, N. G. u. a.: Electrospinning of collagen and elastin for tissue engineering applications. Biomaterials. 27 (2006), 724-734
Caldini, E. G., Caldini, N., u. a.: Distribution of elastic system fibrils in the rat tail tendon and its associated sheaths. Acta Anat. (Basel), 139 (1990), 341-348
Cope, F. W., Straub, K. D.: Calculation and measurement of semiconduction activation energy and electron mobility in cytochrome oxidase, with evidence that charge carriers are polarons, which may couple oxidation to phosphorylation. Bull. Math. Biophys. 31 (1979), 761-774
Cope, F. W.: Biological sensitivity to weak magnetic fields due to biological superconductive Josephson junctions. Physiol. Chem. Phys. 5 (1973), 173
Cope, F. W.: Magnetic flux trapping in graphite as evidente for possible room temperature supercanduction. Physiol. Chem. Physics. 12 (1980), 261-263
Cope, F. W.: On the relativity and uncertainty of electromagnetic energy at superconductivity boundary. Application to perception of weak magnetic fields by a living system. Physiol. Chem. Physics. 13 (1981), 231-239
Cope, F. W: A relativistic interpretation of superconductivity, amorphous switching, and plasmas, in which c is undefined. Further comments. Physiol. Chem. Physics. 13 (1981), 517-521
Frost, H. M. (ed.): Bone Biodynamics, 1964, Little Brown & Co. Inc., Boston, 209-232
Frost, H. M.: A condral modeling theory. Calcif. Tiss. Int. 28 (1979), 181-200
Fukada, E.: Piezoelectric properties of organic polymers. Ann. N. Y. Acad. Sci. 238 (1974), 7-25
G. Regling (ed.), Walter de Gruyter, Berlin New York, 2010
G. Regling (ed.): Wolff's Law and Connective Tissue Regulation, Walter de Gruyter Berlin New York, 1993, 171-192
G. Regling (ed.): Wolff's Law and Connective Tissue Regulation, Walter de Gruyter Berlin New York, 1993, 299-320
Geutjes, P. J., u. a.: From molecules to matrix: construction and evolution of molecularly defined bioscaffolds. Adv. Exp. Med. Biol. 585 (2006), 279-295
Graham, H. K., Hodson, N. W. u. a.: Tissue section AFM: In situ ultrastructural imaging of native biomolecules. Matrix Biol:. 29 (2010), 254-260
Grodzinsky, A. J.: Electromechanical and physicochemical properties of connective tissues. CRC Crit. Rev. Biomed. Eng. 9 (1983), 133-199
Hay, E. D. (ed.).: Cell Biology of extracellular Matrix, Plenum Press New York London, 1991, 79-109
Hesse, I.: The occurrence of elastic system fibres in the matrix of normal articular cartilage. Cell. Tiss. Res. 248 (1987), 589-593
http://www.ortho.1suhsc.edu/Faculty/Marino/EL/ELTOC.html
Hubmacher, D., El-Hallous, E. I. u. a.: Biogenesis of extracellular microfibrils: Multimerization of the fibrillin-1 C terminus into bead-like structures enables self-assembly. Proc. Natl Acad. Sci. USA. 105 (2008), 6548-6553
Hubmacher, D., Tiedemann, K., Reinhardt, D. P.: Fibrillins: from biogenesis of microfibrils to signaling functions. Curr. Top. Dev. Biol. 75 (2006), 93-123
I. Solid state effects and hierarchical bioelectrical regulation
II. Electrical aspects, acid and neutral proteases, and the phenomenon of coherence. Electro- and Magnetobiology, 19 (2000), 149-175
Kasumov, A. Vu., Kociak, M., Guéran, Reulet, B., Volkov, V. T., Klinov, D. V., Bouchiat, H.: Proximity-induced superconductivity in DNA. Science. 291 (2001), 280-282
Kasumov, A. Vu., Nakamae, S., Cazeyous, M., Kawasaki, T., Okahata, Y.: Effect of premelting on conductivity of DNA-lipid films. Research Letters in Nanotechnology. Volume 2009, Artikel ID 540257, doi: 10.155120091540257
Kasumov, A., u. a.: Proximity-induced superconductivity in carbon nanotubes. Comtes Rendus de l'Academie des Sciences - Series IIB, 327 (1999), 933-943
Kielty, C. M., Baldock, C., Lee, D., Rock, M. J., Ashworth, J. L., Shuttleworth, C. A.: Fibrillin: from microfibril assembly to biomechanical function. Phil. Trans. R. Soc. Lond. 357 B (2002), 207-217
Kielty, C. M., Sherratt, M. J., Shuttleworth, C. A.: Elastic fibres. J. Cell Science, 115 (2002), 2817-2828
Kielty, C. M., Stephan, S., Sherratt, M. J., M. Williamson, Shuttleworth, C. A.: Applying elastic fibre biology in vascular tissue engineering. Phil. Trans R Soc B, 362 (2007), 1293-1312
Kleinheubacher Berichte, U. R. S. I.-Landesausschusses in der Bundesrepublik Deutschland und der ITG-Fachausschüsse, Band 36 (1993), 737-746
Kleinheubacher Berichte, U. R. S. I.-Landesausschusses in der Bundesrepublik Deutschland und der ITG-Fachausschüsse, Band 37 (1994), 779-786
Kummer, B., Koebke, J., Bade, H., Pesch, H.-J. (eds.): Osteologie aktuell IX, VISU-Verlag, Herzogenaurach, 1995, 10-13
Ling, G. N., Miller, C., Ochsenfeld, M. M.: The physical state of solutes and water in living cells according to the association-induction hypothesis. Ann. N. Y. Acad. Sci. 204 (1973), 6-13
Madis, L., Ádány, R., Lakatos, I.: Polarisationsoptische Analyse der menschlichen embryonalen Knorpelmatrix. Acta Histochem. Suppl. 26(1982), 305-312
Mansfield, J., Yu, J. u. a.: The elastic network: its relationship with collagen and cells in articular cartilage as visualized by multiphoton microscopy. J. Anat. 215 (2009), 682-691
Maroudas, A.: Physicochemical properties of properties of cartilage in light of ion exchange theory. Biophys. J. 8 (1968), 575-595
Maroudas, Alice: Physicochemical properties of articular cartilage. In: Freeman, M. A. R.: Adult articular cartilage. Pitman Medical, Oxford, 1973, 131-170
Mathews, M. B.: Connective Tissue: Macromolecular Structure and Evolution. Springer Berlin Heidelberg New York, 1975
Mecham, R. P., Heuser, J. E.: The elastin fiber
Miao, M., Bellingham, C. M., Stahl, R. J. u. a.: Sequence and structure determinants for the self-aggregation of recombinant polypeptides modeled after human elastin. J. Biol. Chem. 278 (2003), 48553-48562
Minary-Jolandan, M., Vu, M.-F.: Nanoscale characterization of isolated individual type I collagen fibrils: polarization and piezoelectricity. Nanotechnology. 20 (2009), 085706 doi: 10.1088/0957-4484
Miyamoto, A., Lau, R., Hein, P. W., Shiply, J. M., Weinmaster, G.: Microfibrillar Proteins MAPGP-1 and MAGP-2 induce notch 1 extracellular domain dissociation and receptor activation. J. Biol. Chem. 281 (2006), 1089-1097
Montes, G. S.: Structural biology of the fibres of the collagenous and elastic systems. Cell Biol. Int. 20 (1996), 15-27
Nakatomi, Y., Tsuruga, E., Nakashima, K., Sawa, Y., Ishikawa, H.: EMILIN-1 regulates the amount of oxytalan fiber formation in periodontal ligaments in vitro. Connect. Tissue Res. 52 (2011), 30-35
Neves, N. M., Campos, R. u. a.: Patterning of polymer nanofiber meshes by electrospinning for biological applications. Int. J. Nanomedicine 2 (2007), 433-448
Patel, A., Fine, B. u. a.: Elastin biosynthesis: The missing link in tissue-engineered blood vessels. Cardiovascular Research. 71 (2006), 40-49
Pepe, A., Armenante, M., Bochicchio, B., Tamburro, M.: Formation of nanostructures by self-assembly of an elastin peptide. Soft Matter. 5 (2009), 104-113
Pepe, A., Bochicchio, B., Tamburro, A. M.: Supramolecular organization of elastin and elastin-related nanostructured biopolymers. Nanomedicine (Lond.) 2 (2007), 203-208
Pischinger, A., Heine, H., Bergsmann, O., Perger, F.: Das System der Grund-Regulation: Grundlagen einer garizheitsbiologischen Medizin. Haug, 1980
Poole, C. A., Flint, M. H.: Isolation of chondrons from articular cartilage. XVth. Symposium ESOA, Kuopio, 25-27, 06-1986
Regling, G. (ed.): Wolff's Law and connective tissue research. Modern interdisciplinary comments an Wolff's Law of connective tissue regulation and rational understanding of common clinical problems Walter de Gruyter. Berlin, New York, 1993
Regling, G., Jessen, N., Meister, St., Berg, R.: Intra-articular measurement of resting synovial pO2 (Oxygen partial pressure of synovial fluid) - a new point of intersection for clinical research in the areas of Arthrosis and pain
Regling, G., Pawlow, V.: Das Wolffsche Gesetz und die Spongiosaarchitektur der Knochen. Z. Klin. Med. 41 (1986), 473-475
Regling, G., Rückmann, H.-I., Buntrock, P.: The supramolecular organization of the cartilage matrix - A model for bioelectrical information transfer between biopolymers in vivo. XIth Jena Symposium on Biophysical Chemistry: Bioelectrochemistry in Biotechnology. Sept. 22-27, 1986
Regling, G., Rückmann, H.-I., U. Kappert, T. Volkmann: Elektrophysiologie der Bindegewebsmatrix. Die Biosensor- und Signalkonduktionsfunktion der Kollagenfibrille. Physikalische Mechanismen und Folgerungen für Medizin und Technik
Regling, G., Rückmann, H.-I.: An integrative concept for an electrophysiological signal system in the connective tissue matrix
Regling, G., Rückmann, H.-I.: The native collagen fibril - biosensor and signal conductor of the matrix of connective tissues
Regling, G., Sinh, N. D., Rückmann, G.: Nanoelectronic aspects of biokybernetical regulation in connective tissue matrix. Transactions, XIIIth Annual Meeting, Bioelectrical Repair and Growth Society (BRAGS), Dana Point, Los Angeles, Oct. 10-13, 1993
Regling, G., Zippel, H., Rückmann, H.-I., u. a.: Bioelektrische Messungen für ein integratives Konzept der Morphogenese und Leistungsadaptation mechanisch beanspruchter Bindegewebe. I. Bioelektrische Deformationspotentiale an Gelenkknorpel in vitro. Z. Klin. Med. 43 (1988), 1771-1777
Regling, G.: Bioelektrische Aspekte zum Remodeling von Binde- und Stützgewebe. In: Pesch, H.-J., Stöß, H., Kummer, B. (eds.): Osteologie aktuell VII, Springer Berlin Heidelberg New York, 1993, 98-102
Regling, G.: Conception of a bioelectromagnetic signal system via collagen fibril network; biochemical conclusions and underlying coherent mechanism
Regling, G.: Differente Mechanismen der funktionellen Strukturanpassung des Knochens bei Immaturen und Adulten
Regling, G.: Magnetic fields and connective tissue regulation. Electro- and Magnetobiology. 20 (2001), 255-258
Regling, G.: Regulationsebenen und Krankheitsdynamik des Arthrosegelenkes. Teil 1: Arthrose-Begriff und biomechanische Funktionsbeanspruchung. Teil 2: Biomechanische Mechanismen und Synovia-Ruhe-pO2. Z. ärztl. Fortbild, 88 (1994), 903-916 (ref. In PubMed)
Regling, G.: Übertragbarkeit von Arthrosemodellen. Interview in Kongress-Zeitschrift ,Highlights', Rheumatologentagung Nürnberg '92, pmi-Verlagsgruppe GmbH, Frankfurt/M, Ausgabe 2; 03. Dezember 1992, Seite 1-3
Regung, G., Rückmann, H.-I., Sinh, N. D., Kappen, U., Volkmann, T., Papstein, V.: Mechanismen der Wirkung schwacher elektromagnetischer Wechselfel-der auf biologisches Gewebe (Theorie und Experiment)
Reprint: G. Regling (ed.), Walter de Gruyter, 2010, 171-192
Reprint: G. Regling (ed.): Wolff's Law and Connective Tissue Regulation, Walter de Gruyter, 2010, 299-320
Roche, S.: Carbon nanotubes: Exceptional mechanical and electronic properties. Annales de Chimie Science des Matériaux. 25 (2000), 529-532
Rodrigez de Souza, R., u. a.: Identification of collagen, elastic, elaunin and oxytalan fibres in ganglia of the myenteric plexus of the human oesophagus. Anat. Embryol. (Berl.). 179 (1988), 97-102
Rückmann, H.-I, Regling, G., Buntrock, P.: The supramolecular organization of the cartilage matrix - A model for bioelectrical information transfer between biopolymers in vivo. Studia biophysica. 119 (1987), 141-145
Schawlow, A. L., Devlin, G. E.: Effect of the energy gap an the penetration depth of superconductors. Physiol. Rev. 113 (1959), 120-126
Shamos, M. H., Lavine, L. S.: Piezoelectricity as a fundamental property of biological tissues. Nature. 213 (1967), 267-269
Stockwell, R. A.: "Biology of Cartilage Cells", Cambridge University Press, Cambridge London New York Melbourne, 1979, 43-46
Strocchi, R., Leonardi, L., u. a.: Ultrastructure aspects of rat tail tendon sheats. J. Anat., 140 (1985), 57-67
Tamburro, A. M., Panariello, S., Santopietro, V, Bracalello, A., Bochicchio, B., Pepe, A.: Molecular and supramolecular structural studies on significant repetitive sequence of resilin. Chembiochem. 11 (2010), 83-93
The native collagen fibrils as biosensor and signal-conducting structure between nerve and cell as well as in the intercellular matrix, and a discussion of the underlying mechanism
Ushiki, T.: Collagen fibers, reticulin fibers and elastic fibers. A comprehendsive understanding from a morphological viewpoint. Arch. Histol. Cytol. 65(2002), 109-126
Wagenseil, J. E., Mecham, R. P.: Vascular extracellular matrix and arterial mechanics. Physiol. Rev. 89 (2009), 957-989
Wang, M. C., Lu, Y, Baldock, C.: Fibrillin microfibrils: a key role for the interband region in elasticity. J. Mol. Biol. 388 (2009) 168-179
Wolff, Julius: Das Gesetz der Transformation der Knochen. Berlin. Verlag von August Hirschwald, 1892
Yu, J., Urban, J. P.: The elastic network of articular cartilage: an immunohistochemical study of elastin fibres and microfibrils. J. Anat. 216 (2010), 533-541

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107085659A (en) * 2017-04-24 2017-08-22 吉林大学 A kind of preparation method of the soft and hard alternation pattern biomimetic material based on frictional behaviour
CN107085659B (en) * 2017-04-24 2020-06-23 吉林大学 Preparation method of soft and hard interphase morphology bionic material based on friction performance
CN107601956A (en) * 2017-08-09 2018-01-19 迈嘉尔化工(武汉)有限公司 A kind of supermolecule anti-crack concrete additive and preparation method thereof

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Herzog et al. Force enhancement following stretching of skeletal muscle: a new mechanism
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Fredriksson et al. Tissue response to subcutaneously implanted recombinant spider silk: an in vivo study
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