Τα πειράματα νετρονίων αποκαλύπτουν τι διατηρεί καλή λειτουργία στα οστά

Τα πειράματα νετρονίων στο Εθνικό Εργαστήριο Oak Ridge του Τμήματος Ενέργειας (DOE) (ORNL) έδωσαν νέες γνώσεις για τους μηχανισμούς που υποστηρίζουν την υγεία και την επισκευή των οστών. Η μελέτη αποκαλύπτει ότι ένας τύπος κολλαγόνου, μια πρωτεΐνη ικριώματος που παρέχει στα οστά τη δύναμη και την ευελιξία τους, περνάει από μια διαδικασία ανοργανοποίησης που είναι απαραίτητη για τη διατήρηση της δομής και της λειτουργίας των οστών. Τα ευρήματα υπογραμμίζουν τη σημασία αυτής της διαδικασίας στην πρόληψη της ευθραυστότητας των οστών και των ασθενειών όπως η οστεοπόρωση.

Το κολλαγόνο είναι ένα βασικό συστατικό της εξωκυτταρικής μήτρας (ECM), ενός σύνθετου δικτύου μορίων που παρέχει δομική υποστήριξη στα κύτταρα. Στα οστά, η ECM είναι ανοργανοποιημένη με ασβέστιο και φωσφορικό για να σχηματίσει υδροξυαπατίτη, το κύριο ορυκτό συστατικό των οστών που τους δίνει τη σκληρότητα και την αντίσταση τους στο κάταγμα.

Η ερευνητική ομάδα, με επικεφαλής τον Karthik Raman του ORNL, χρησιμοποίησε ένα συνδυασμό σκέδασης νετρονίων και υπολογιστικής μοντελοποίησης για να μελετήσει τη δομή και τη δυναμική του κολλαγόνου και τις αλληλεπιδράσεις του με τον υδροξυαπατίτη. Η σκέδαση νετρονίων είναι μια ισχυρή τεχνική για τη μελέτη της δομής και της συμπεριφοράς των υλικών σε μοριακό επίπεδο. Τα νετρόνια είναι υποατομικά σωματίδια χωρίς ηλεκτρικό φορτίο, έτσι ώστε να μπορούν να διεισδύσουν σε υλικά βαθιά χωρίς να προκαλούν βλάβη.

Τα πειράματα αποκάλυψαν ότι η διαδικασία ανοργανοποίησης περιλαμβάνει το σχηματισμό ενός σύνθετου ορυκτών-κολλαγόνου που έχει μια ιεραρχική δομή. Το σύνθετο υλικό αποτελείται από ινίδια κολλαγόνου που συνδέονται διασταυρωμένα από μεταλλικούς κρυστάλλους. Αυτή η δομή παρέχει στα οστά τη μηχανική τους δύναμη και ευελιξία.

Ο Raman εξήγησε:"Τα νετρόνια μας επέτρεψαν να δούμε πώς τα μόρια κολλαγόνου είναι διατεταγμένα και πώς αλληλεπιδρούν με τους μεταλλικούς κρυστάλλους.

Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η διαδικασία ανοργανοποίησης είναι σε μεγάλο βαθμό ρυθμισμένη και ότι οι διαταραχές αυτής της διαδικασίας μπορούν να οδηγήσουν σε διαταραχές των οστών. Για παράδειγμα, στην οστεοπόρωση, μια κατάσταση που χαρακτηρίζεται από μειωμένη πυκνότητα των οστών και αυξημένη ευθραυστότητα των οστών, η διαδικασία ανοργανοποίησης έχει μειωθεί.

"Τα ευρήματά μας υποδεικνύουν ότι η στόχευση της διαδικασίας ανοργανοποίησης θα μπορούσε να είναι μια πιθανή θεραπευτική στρατηγική για την πρόληψη και τη θεραπεία των οστικών ασθενειών", δήλωσε ο Raman. "Με την κατανόηση του τρόπου λειτουργίας της διαδικασίας ανοργανοποίησης, μπορούμε να αναπτύξουμε νέες θεραπείες που μπορούν να βοηθήσουν στη διατήρηση των υγιεινών οστών και στην πρόληψη των καταγμάτων".

Η μελέτη δημοσιεύεται στο περιοδικό Nature Communications.