Группа инженеров из Washington University in St. Louis проникла вглубь коллагеновых волокон, чтобы посмотреть, как формируются новые кости и зубы.

Хотя зарождение (nucleation) минералов в кости и зубах недостаточно изучено, но исследователи знают, что костные минералы формируются внутри коллагена, главного белка кожи и др. соединительных тканей. Исследовали, как miniscule щели в структуре коллагеновых волокнах облегчают nucleation фосфата кальция, которая необходима для формирования и поддержания кости.

Чтобы наблюдать нуклеацию в коллагеновых щелях -- примерно 2 nanometers в высоту и 40 nanometers в ширину -- исследователи изучали нуклеацию фосфата кальция in situс помощью small-angle X-ray scattering в Advanced Photon Source in Argonne National Lab. Они установили. что без ингибитора нуклеация первоначально происходит вне щели в коллагене. Когда же они добавляли ингибитор, то процесс происходил в основном в коллагеновых щелях. В чрезвычайно ограниченном пространстве коллагеновых щелей фосфат кальция формировался только вдоль длины щели и минимизировал поверхностные взаимодействия с боковыми стенками щели. Иными словами, топография коллагеновой щели снижала энергетические затраты и делала возможной нуклеацию.

"Когда мы поймем, как формируется новая кость, мы сможем модулировать то место, где она должна сформироваться," говорит Jun. "Ранее мы полагали, что коллагеновые фибриллы служат в качестве пассивных матриц, однако, данное исследование подтвердило, что коллагеновые фибриллы играют активную роль в биоминерализации, контролируя пути нуклеации и энергетические барьеры. Если мы сможем понять химию и посылать сигналы, чтобы формировать костные минералы быстрее и сильнее, то мы сможем помочь медицине."

Хотя данное исследование сфокусировано на биологических аспектах нуклеации, но успехи в понимании нуклеации в стеснённых состояниях приложимо также к химическому engineering, материаловедению и к экологии и engineering.