Gli esperimenti sui neutroni presso l'Oak Ridge National Laboratory (ORNL) del Dipartimento dell'Energia (DOE) hanno fornito nuove informazioni sui meccanismi alla base della salute e della riparazione delle ossa. Lo studio rivela che un tipo di collagene, una proteina che fornisce alle ossa forza e flessibilità, passa attraverso un processo di mineralizzazione essenziale per il mantenimento della struttura e della funzione ossea. I risultati sottolineano l’importanza di questo processo nella prevenzione della fragilità ossea e di malattie come l’osteoporosi.

Il collagene è un componente chiave della matrice extracellulare (ECM), una complessa rete di molecole che fornisce supporto strutturale alle cellule. Nelle ossa, la matrice extracellulare viene mineralizzata con calcio e fosfato per formare idrossiapatite, il principale componente minerale delle ossa che conferisce loro durezza e resistenza alla frattura.

Il gruppo di ricerca, guidato da Karthik Raman dell'ORNL, ha utilizzato una combinazione di diffusione di neutroni e modelli computazionali per studiare la struttura e la dinamica del collagene e le sue interazioni con l'idrossiapatite. La diffusione dei neutroni è una tecnica potente per studiare la struttura e il comportamento dei materiali a livello molecolare. I neutroni sono particelle subatomiche prive di carica elettrica, quindi possono penetrare in profondità nei materiali senza causare danni.

Gli esperimenti hanno rivelato che il processo di mineralizzazione comporta la formazione di un composito minerale-collagene che ha una struttura gerarchica. Il composito è composto da fibrille di collagene reticolate da cristalli minerali. Questa struttura fornisce alle ossa la loro resistenza meccanica e flessibilità.

Raman ha spiegato:"I neutroni ci hanno permesso di vedere come sono disposte le molecole di collagene e come interagiscono con i cristalli minerali. Questa informazione è cruciale per comprendere come le ossa sono in grado di resistere alle forze meccaniche e di ripararsi quando danneggiate".

I ricercatori hanno scoperto che il processo di mineralizzazione è altamente regolato e che le interruzioni di questo processo possono portare a disturbi ossei. Ad esempio, nell’osteoporosi, una condizione caratterizzata da ridotta densità ossea e aumento della fragilità ossea, il processo di mineralizzazione è compromesso.

"I nostri risultati suggeriscono che mirare al processo di mineralizzazione potrebbe essere una potenziale strategia terapeutica per la prevenzione e il trattamento delle malattie ossee", ha affermato Raman. "Capendo come funziona il processo di mineralizzazione, possiamo sviluppare nuovi trattamenti che possono aiutare a mantenere le ossa sane e prevenire le fratture".

Lo studio è pubblicato sulla rivista Nature Communications.