El carbonato de calcio, o CaCO3, comprende más del 4% de la corteza terrestre. Sus formas naturales más comunes son la tiza, la piedra caliza y el mármol, producidos por la sedimentación de las conchas de pequeños caracoles fosilizados, mariscos y corales durante millones de años..
Los investigadores de la Facultad de Odontología de la Universidad de Nueva York NYU Dentistry están estudiando cómo la naturaleza crea materiales inorgánicos / orgánicos a base de CaCO3 tridimensionales para formar conchas marinas, exoesqueletos de invertebrados y hueso, dentina y esmalte de vertebrados.
John Evans, DMD, PhD, profesor del Departamento de Ciencias Básicas y Biología Craneofacial de la NYU Odontología, supervisa un grupo de investigación que se enfoca en el estudio de proteínas que modulan la formación de biominerales, que a su vez crean nuevos materiales compuestos con propiedades únicas,como aumento de la resistencia a la fractura y a la punción.
En un artículo publicado recientemente en Bioquímica , Gaurav Jain, PhD, un postdoc en el laboratorio del Dr. Evans y coautor de "Un modelo de proteína de matriz de espículas de erizo de mar, rSpSM50, es un hidrogelador que modifica y organiza el proceso de mineralización", observó cómo se organiza la matriz CaCO3 en su interioruna espícula de erizo de mar. Al principio, estas espículas no son más que tiza, pero cuando se combinan con proteínas de erizo de mar, forman pequeñas pilas de "ladrillos", creando una estructura que proporciona una de las defensas más duras contra los depredadores y las duras condiciones del océano.
"Las células mesenquimáticas primarias PMC dentro de un embrión de erizo de mar depositan CaCO3 amorfo dentro de la matriz de proteínas espiculares donde estos ladrillos se forman en capas de cristales de carbonato de calcio", señala el Dr. Jain. "Sin embargo, las capacidades funcionales y de ensamblaje delas proteínas individuales de la matriz de espículas no están claras. Actualmente estamos investigando una de esas proteínas que se encuentran dentro de las espículas de un embrión de erizo de mar para comprender qué hace que estas proteínas sean tan 'organizadores de ladrillos' eficientes ".
Los investigadores analizaron SM50, una de las proteínas más abundantes y mejor estudiadas que se encuentran dentro de estas espículas. Descubrieron que una versión recombinante de la proteína SM50, rSpSM50, es una proteína altamente propensa a la agregación que forma pequeñas estructuras gelatinosasllamados hidrogeles en solución. Estas 'jaleas' capturan pequeñas nanopartículas minerales y las organizan en 'ladrillos' cristalinos. Además, rSpSM50 produce texturas superficiales y forma canales porosos interconectados aleatoriamente dentro de estos cristales.
"Lo único de rSpSM50 es que fomenta la formación y organización de dos formas diferentes de carbonato de calcio: calcita y vaterita dentro de las 'jaleas', lo que induce resistencia a la fractura en la estructura general", dijo el Dr. Jain.
Los investigadores utilizaron un tipo específico de método de valoración que reveló los detalles sobre eventos muy tempranos en la formación de espículas.
"rSpSM50 resulta ser una pieza realmente importante del rompecabezas, ya que ralentiza la cinética de la formación pero no estabiliza ni desestabiliza las partículas minerales extremadamente pequeñas que finalmente forman estos ladrillos", dice el coautor Martin Pendola, PhD.
CaCo3 siempre ha sido el material de construcción favorito de un hombre para fabricar herramientas primitivas, instrumentos musicales y artesanías desde el comienzo de la civilización. En los tiempos modernos, CaCO3 es el mineral más utilizado en las industrias de papel, plásticos, pinturas y recubrimientos, tanto comoun relleno, y debido a su color blanco especial, como pigmento de recubrimiento.
"Nuestra investigación actual, financiada por el Departamento de Energía de EE. UU., Permitirá a los científicos comprender mejor el proceso de mineralización y ensamblaje crucial para la formación de espículas en el erizo de mar", dijo el Dr. Evans. "Nuestro objetivo final es determinar las propiedades moleculares deEstas proteínas que permiten que las matrices se ensamblen, mineralicen y participen en la formación de estructuras esqueléticas orgánicas / inorgánicas naturales. La esperanza es que la comprensión integral de las proteínas espiculares permitirá el desarrollo de materiales resistentes a la fractura ajustables que algún día encontrarán su uso.en el desarrollo de compuestos dentales ligeros 'armadura' y 'más resistentes' "
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Materiales proporcionado por Universidad de Nueva York . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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