Een internationaal team van onderzoekers, geleid door de Universiteit van Manchester, heeft de Britse Diamond Light Source-faciliteit (hierboven afgebeeld) gebruikt om voor het eerst de precieze locatie en chemie achter de groei in bot in beeld te brengen. Hun onderzoek heeft nieuwe inzichten opgeleverd in hoe botten groeien en zich ontwikkelen, en hoe de sporen van metaal in botten een cruciale rol spelen in dit proces.

Het team analyseerde hoe botten van zoogdieren groeien door de skeletgroei van knaagdieren te bestuderen - en hoe dit proces de gewone man en fictieve superheld Logan verbindt.

In tegenstelling tot Wolverine uit de X-Men, zoogdieren hebben duidelijk geen metalen klauwen. Echter, alle gewervelde dieren, inclusief zoogdieren vertrouwen op kleine concentraties sporenmetaal in onze botten om hun vorming te beheersen, groei en herstel.

Het skelet van Wolverine is gemaakt van de fictieve legering adamantium, overwegende dat de sporenmetalen die in menselijke botten worden gevonden, koper, calcium, zink en strontium.

"De reden dat bot deze metalen moet kunnen opslaan, is dat veel biologische processen afhankelijk zijn van de kleinste sporen van chemische elementen zoals zink en strontium, "Zei Dr Jennifer Anné. "Een goed voorbeeld daarvan is wat we zien in het zich ontwikkelende skelet van onze muis."

Het proces dat verantwoordelijk is voor de ontwikkeling van de meeste botten in het lichaam (endochondrale ossificatie) is gelaagd in verschillende activiteitsgebieden van het centrum van het zich ontwikkelende bot tot de uiteinden ervan. Deze gebieden kunnen eenvoudig in drie categorieën worden ingedeeld:kraakbeen, vervangend en gemineraliseerd (verbeend) bot.

Een ogenschijnlijk eenvoudig proces in drie stappen, van zacht kraakbeen tot gemineraliseerd bot, is eigenlijk een complexe cocktail van groeihormonen en eiwitten die maar weinigen volledig begrijpen. Gelukkig, deze processen krijgen een beetje hulp van het periodiek systeem dat elementaire vingerafdrukken achterlaat die nu door het team zijn geïdentificeerd en gelezen.

Hoofdauteur Dr. Jennifer Anné legt uit hoe het bestuderen van deze vingerafdrukken ons meer zal vertellen over hoe botten worden gevormd:"We ontdekten dat de verschillende stappen die plaatsvinden als het skelet van kraakbeen naar bot gaat, werden benadrukt in het overeenkomstige element dat nodig is om deze processen te laten plaatsvinden. Je krijgt een momentopname te zien van deze processen die in het hele ledemaat plaatsvinden; iets dat nog niet eerder is afgebeeld."

Hoewel het algemeen bekend is dat bepaalde metalen kunnen helpen bij de gezondheid van de botten, dit is de eerste keer dat deze metalen helpers ruimtelijk zijn afgebeeld terwijl ze hun benige steiger weven. Dankzij de intens heldere röntgenstralen die door Diamond werden gegenereerd, kon het team gedetailleerde beelden maken van waar deze minuscule metalen zich in de kleine botten van het ledemaat van de muis bevonden.

Co-auteur Dr. Nicholas Edwards van de Universiteit van Manchester zei:"We concentreren ons op de sporenelementen in plaats van op de eiwitten zelf vanwege het conserveringspotentieel van de metalen, wat betekent dat we biologische processen van recent tot oud in beeld kunnen brengen."

Dit is niet de enige keer dat het team dit röntgenlicht heeft gebruikt, die 10 miljard keer helderder is dan die van de zon, om de chemie in bot te visualiseren. Hun eerdere werk heeft gekeken naar het prachtige behoud van biochemie in fossiele organismen, bij vogels, dinosaurussen, zeekoeien en planten tot 150 miljoen jaar oud. De resultaten van dit werk benadrukken niet alleen het belang van op synchrotron gebaseerde beeldvorming, maar wijzen ook op de toekomstige mogelijkheden.

Professor Fred Mosselmans, Wetenschapsleider op de I18-bundellijn bij Diamond, zei:"We zijn er trots op een breed portfolio van botonderzoek te ondersteunen over een aantal van onze bundellijnen, en dit is weer een goed voorbeeld van hoe we interdisciplinair onderzoek bij Diamond ondersteunen. Met I18 kunnen onderzoekers elementen detecteren en kwantificeren met behulp van een kleine bundel röntgenstralen. De techniek is ongelooflijk gevoelig, dus waar elementen in minieme concentraties aanwezig zijn, onze bundellijn kan ze nog steeds detecteren. Dit is handig in materiaalkunde, scheikunde, Milieuwetenschappen, evenals biologie."

De onderzoeksgroep zal dit voorjaar nieuw fossiel materiaal scannen bij de Stanford Synchrotron Radiation Lightsource in Californië. Het onderzoek naar de muis zal worden gebruikt om het team te helpen bij het identificeren van ossificatie en andere botprocessen zoals hermodellering en vervanging van kraakbeen in het fossielenbestand, van fossiele muizen tot dinosaurussen.