Un team di ricercatori ha sviluppato una mineralizzazione biomimetica del carbonato di calcio utilizzando un modello peptidico multifunzionale in grado di autofornirsi da fonti minerali, che in questo caso è una fornitura di ioni carbonato, precursore del carbonato di calcio. Il processo segue il meccanismo di biosintesi dei tessuti duri da parte degli organismi viventi, chiamata biomineralizzazione, e la capacità di formare idrogel, che è modellato sull'ambiente di reazione degli organismi viventi. Precedenti studi sulla mineralizzazione hanno discusso il meccanismo di formazione dei cristalli inorganici sintetizzati su stampi con una sola funzione, come un sistema che fornisce una fonte minerale esterna o un sistema di idrogel.

Però, gli organismi viventi usano i propri enzimi per autofornirsi fonti minerali e ottenere il controllo dell'orientamento, fase cristallina, e morfologia dei cristalli inorganici utilizzando assemblaggi 3D con strutture controllate come campi di reazione. Perciò, chiarire il meccanismo di formazione dei cristalli inorganici in un ambiente di reazione di mineralizzazione che è più vicino all'ambiente biologico, come gli assemblaggi 3D gerarchici simili a idrogel e l'autoapprovvigionamento di fonti minerali, è importante per chiarire la vera relazione per il controllo strutturale tra modelli organici e materiali inorganici ottenuti nella biomineralizzazione.

È importante chiarire la vera relazione per il controllo strutturale tra modelli organici e materiali inorganici ottenuti nella biomineralizzazione. Il gruppo di ricerca guidato dall'assistente professore Kazuki Murai del Dipartimento di chimica e materiali dell'Università di Shinshu, Facoltà di Scienze e Tecnologie Tessili è stata in grado di esaminare i meccanismi di nucleazione e crescita dei cristalli del carbonato di calcio in condizioni più simili all'ambiente biologico attraverso l'autoapprovvigionamento di fonti minerali attraverso l'espressione di attività simili agli enzimi, e formazione spontanea di idrogel, che è un ambiente modello per le cellule. Perciò, i risultati del gruppo faciliteranno la comprensione della nucleazione e della crescita dei cristalli di cristalli inorganici nella biomineralizzazione e il ruolo dei modelli organici per il controllo dei cristalli.

L'assistente professore Murai afferma che "la conoscenza acquisita da questo e da altri studi sulla mineralizzazione è la base per rivelare i sorprendenti processi che gli organismi hanno acquisito attraverso l'evoluzione nel corso di un vasto lasso di tempo. Diamo per scontati le nostre ossa e i nostri denti nella nostra vita quotidiana, ma anche loro non sono ancora del tutto compresi. Credo che gli sforzi di vari ricercatori, me compreso, ci condurrà alle "soluzioni" che sono state acquisite dagli organismi viventi in miliardi di anni. Sarò felice se la mia ricerca può essere un "trampolino di lancio verso un'ispirazione e una scoperta inaspettate".

Questo studio è stato in grado di chiarire tre punti principali:che una singola molecola peptidica ha la capacità di auto-fornirsi di minerali attraverso un'attività simile a un enzima, la capacità di controllare la fase cristallina e la morfologia dei materiali inorganici, e la capacità di formare spontaneamente idrogel. Il gruppo è stato in grado di studiare i meccanismi di nucleazione e crescita dei cristalli del carbonato di calcio utilizzandolo come modello per la mineralizzazione. Questa strategia di ricerca per imitare l'ambiente di reazione degli organismi viventi rappresenterà una svolta per eventi precedentemente sconosciuti o non chiaribili.

Il team di ricercatori spera di chiarire completamente la formazione e i meccanismi di crescita dei cristalli inorganici, oltre ai fattori di controllo strutturale che si verificano tra modelli organici e materiali inorganici nella biomineralizzazione. Però, ci sono molti ostacoli nell'acquisizione di questi risultati, compresa la necessità di una grande quantità di ricerca, e la vasta collaborazione di ricercatori appartenenti a diversi campi accademici.

Il gruppo sta attualmente lavorando allo sviluppo di materiali inorganici cruciali nei settori dell'ingegneria e della medicina utilizzando un metodo di sintesi dei materiali pulito e rispettoso dell'ambiente, oltre a chiarire la nanostruttura dei materiali costruiti, la complessazione di materiali organici e inorganici, e il chiarimento della correlazione tra la struttura e la funzione di tali materiali.