Un internazionale, gruppo di ricerca multidisciplinare, tra cui un professore di ingegneria all'Università dell'Arkansas, ha scoperto un meccanismo che controlla la formazione e la funzione di nanocristalli simili a piastre che svolgono un ruolo critico nella composizione ossea.

La scoperta dei ricercatori, pubblicato nel numero di maggio 2017 di Biomateriali , fa avanzare il campo dell'ingegneria dei tessuti e potrebbe portare alla creazione di un biomateriale prodotto sinteticamente per sostituire le ossa.

Arun Nair, professore assistente di ingegneria meccanica, contribuito al progetto generando modelli computazionali su scala nanometrica. Un nanometro è circa la larghezza di due atomi di silicio. Le simulazioni sono state eseguite presso l'U of A's Arkansas High Performance Computing Center. Per prevedere le proprietà meccaniche, Nair si basava sulla teoria del funzionale della densità, un metodo di modellazione della meccanica quantistica utilizzato per comprendere la struttura degli atomi, molecole e altri processi biologici.

"Questa ricerca suggerisce, per la prima volta, che un sostituto chimico, in assenza di proteine ​​o altre sostanze organiche, influenza la morfologia dei cristalliti del minerale osseo, " Disse Nair. "Questi sono cristalliti di dimensioni nanometriche, ma ancora, la scoperta fornisce una comprensione molto migliore dei processi che controllano la dimensione e la forma delle particelle che compongono l'osso".

L'osso è composto da collagene proteico e minerali sotto forma di nanocristalli simili a piastre. Ricerche precedenti hanno dimostrato che i cristalliti minerali svolgono un ruolo fondamentale nella corretta funzione ossea e fisiologia. La loro dimensione nanometrica li rende quasi impeccabili, che contribuisce alla forza ossea. Sebbene i ricercatori sappiano che le dimensioni e la morfologia dei nanocristalli sono fondamentali per il corretto funzionamento meccanico e fisiologico dell'osso, il meccanismo che controlla queste proprietà non è stato chiaro.

Imitare i processi biochimici, i ricercatori hanno sintetizzato nanocristalli di apatite con carbonato. L'apatite è un gruppo di minerali fosfati. I nanocristalli hanno mostrato morfologie simili a quelle osservate nel minerale osseo naturale. I modelli atomistici di Nair dei nanocristalli di apatite hanno aiutato il team di ricerca a comprendere meglio le proprietà meccaniche dei cristalli di apatite.