La mayoría de nosotros no pensamos en nuestros dientes y huesos hasta que uno duele o se rompe. Un equipo de ingenieros de la Universidad de Washington en St. Louis examinó profundamente las fibras de colágeno para ver cómo el cuerpo forma nuevos huesos y dientes, buscando información sobrecuración ósea más rápida y nuevos biomateriales.
Young-Shin Jun, profesor de ingeniería energética, ambiental y química en la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas y director del Laboratorio de Nanoquímica Ambiental, lidera un equipo de expertos en nucleación, el paso inicial para formar una fase sólida en un fluidosistema.
Si bien la nucleación de minerales en huesos y dientes no se comprende bien, los investigadores sí saben que los minerales óseos se forman dentro del colágeno, la proteína principal que se encuentra en la piel y otros tejidos conectivos. Jun y Doyoon Kim, una estudiante de doctorado en su laboratorio, estudiaroncómo las brechas minúsculas en la estructura de la fibra de colágeno facilitan la nucleación del fosfato de calcio, que es necesario para la formación y el mantenimiento de los huesos.
Los hallazgos, publicados recientemente en Comunicaciones de la naturaleza , brinde una nueva visión de la teoría actual de la nucleación de fosfato de calcio en un espacio confinado.
Para observar la nucleación en una brecha de colágeno - aproximadamente 2 nanómetros de alto y 40 nanómetros de ancho - el equipo estudió la nucleación de fosfato de calcio con dispersión de rayos X de ángulo pequeño in situ en la Fuente Avanzada de Fotones en el Laboratorio Nacional de Argonne. Descubrieron quesin un inhibidor, la nucleación tuvo lugar inicialmente fuera de la brecha de colágeno. Cuando agregaron un inhibidor, el proceso ocurrió principalmente dentro de la brecha de colágeno. Jun dijo que el espacio extremadamente confinado en la brecha de colágeno permite que el fosfato de calcio se forme solo a lo largo delbrecha y minimiza las interacciones de la superficie con las paredes laterales de la brecha. En otras palabras, la topografía de la brecha de colágeno disminuye el costo de energía y permite la nucleación.
"Cuando comprendemos cómo se forma el hueso nuevo, podemos modular dónde debería formarse", dijo Jun. "Anteriormente, pensábamos que las fibrillas de colágeno podían servir como plantillas pasivas, sin embargo, este estudio confirmó que las fibrillas de colágeno juegan un papel activo enbiomineralización mediante el control de las vías de nucleación y las barreras energéticas. Si podemos ajustar la química y enviar señales para formar minerales óseos más rápido o más fuerte, eso sería útil para el campo médico ".
Si bien este estudio se centró en los aspectos biológicos de la nucleación, Jun dijo que una comprensión avanzada de la nucleación en confinamiento también se aplica a la ingeniería química, la ciencia de los materiales y la ciencia e ingeniería ambiental.
"El espacio confinado es un espacio algo exótico que no hemos explorado mucho, y siempre estamos pensando en la formación de nuevos materiales sin ninguna limitación de espacio", dijo Jun. "Sin embargo, hay tantos espacios confinados, como poros engeomedia en entornos subterráneos o en membranas de filtración de agua, donde el carbonato de calcio o el sulfato de calcio se forman a escala. Este documento es una instantánea de un aspecto de la salud, pero el nuevo conocimiento se puede aplicar ampliamente a los sistemas de energía y sistemas de agua ".
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Materiales proporcionado por Universidad de Washington en St. Louis . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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