Een internationaal, multidisciplinair onderzoeksteam, waaronder een technische professor aan de Universiteit van Arkansas, heeft een mechanisme ontdekt dat de vorming en functie regelt van plaatachtige nanokristallen die een cruciale rol spelen in de botsamenstelling.

De ontdekking van de onderzoekers, gepubliceerd in het mei 2017 nummer van Biomaterialen , bevordert het gebied van tissue engineering en zou kunnen leiden tot de creatie van een synthetisch geproduceerd biomateriaal om botten te vervangen.

Arun Nair, universitair docent werktuigbouwkunde, bijgedragen aan het project door rekenmodellen op nanometerschaal te genereren. Een nanometer is ongeveer de breedte van twee siliciumatomen. De simulaties zijn uitgevoerd in het High Performance Computing Center van de U of A in Arkansas. Om de mechanische eigenschappen te voorspellen, Nair vertrouwde op dichtheidsfunctionaaltheorie, een kwantummechanische modelleringsmethode die wordt gebruikt om de structuur van atomen te begrijpen, moleculen en andere biologische processen.

"Dit onderzoek suggereert, Voor de eerste keer, dat een chemisch substituut, bij afwezigheid van eiwitten of andere organische stoffen, beïnvloedt de kristallietmorfologie van botmineraal, "Zei Nair. "Dit zijn kristallieten van nanometerformaat, maar nog steeds, de bevinding geeft een veel beter begrip van de processen die de grootte en vorm regelen van deeltjes waaruit bot bestaat."

Bot is samengesteld uit eiwitcollageen en mineraal in de vorm van plaatachtige nanokristallen. Eerder onderzoek heeft aangetoond dat de minerale kristallieten een cruciale rol spelen bij een goede botfunctie en fysiologie. Hun nanometergrootte maakt ze bijna foutloos, wat bijdraagt ​​aan de botsterkte. Hoewel onderzoekers weten dat de grootte en morfologie van nanokristallen cruciaal zijn voor het goed mechanisch en fysiologisch functioneren van bot, het mechanisme dat deze eigenschappen regelt is onduidelijk.

Het nabootsen van biochemische processen, de onderzoekers synthetiseerden apatiet nanokristallen met carbonaat. Apatiet is een groep fosfaatmineralen. De nanokristallen vertoonden morfologieën die vergelijkbaar waren met die in natuurlijk botmineraal. Nair's atomaire modellen van de apatiet-nanokristallen hielpen het onderzoeksteam een ​​beter begrip te krijgen van de mechanische eigenschappen van apatietkristallen.