Kemik Gelişiminde Yeni Hücresel Analizler
Fotoğraf : Kalsiyum fosfat cevherleşmesi, hem ekstra hem de intrafibriler boşluklarda oluşur (sırasıyla sol ve sağ görüntüler). St. Louis’deki Washington Üniversitesi’ndeki mühendisler, sınırlı kollajen yapısının kemik mineralizasyonu için intrafibriler nükleasyona karşı termodinamik enerji bariyerini azaltmaya nasıl katkıda bulunduğunu kanıtladı.
Çoğumuz dişlerimizi ve kemiklerimizi bir ağrı veya kırılma ile karşı karşıya kalana dek düşünmüyoruz. Mühendislerden oluşan uzman bir ekip, vücudun yeni kemik ve dişler oluşturduğunu, daha hızlı kemik iyileşmesi ve yeni biyomateryaller hakkında fikir sahibi olmak amacı ile kollajen liflerini derinliklerine kadar inceledi.
Mühendislik ve Uygulamalı Bilim Okulu ve Çevre Nanokimya Laboratuarı’nın müdürü olan Enerji, Çevre ve Kimya Mühendisliği Profesörü Young-Shin Jun, bir sıvı sisteminde katı bir faz oluşturmanın ilk adımı olan nükleasyon uzmanlarından oluşan bir ekip oluşturuyor.
Kemik ve dişlerdeki minerallerin nükleasyonu iyi anlaşılmamış olsa da, araştırmacılar kemik minerallerinin ciltte ve diğer bağ dokularında bulunan ana protein olan kollajenin içinde oluştuğunu bilmektedirler. Laboratuvar doktora öğrencisi olan Jun ve Doyoon Kim, kollajen lif yapısındaki minik boşlukların kemik oluşumu ve bakımı için gerekli olan kalsiyum fosfatın çekirdeklenmesini nasıl kolaylaştırdığını incelediler.
Yakın zamanda Nature Communications’da yayımlanan bulgular, sınırlı bir alanda mevcut olan kalsiyum fosfat nükleasyon teorisine yeni bir bakış açısı sağlamaktadır.
Araştırma ekibi bir kollajenin boşluktaki nükleasyonunu gözlemlemek için – yaklaşık 2 nanometre yüksekliğinde ve 40 nanometre genişliğinde – Argonne Ulusal Laboratuvarı’nda küçük açılı X-ışını saçılımı ile kalsiyum fosfat nükleasyonunu araştırdı.Bir inhibitör olmadan, başlangıçta kollajen boşluğunun dışında nükleasyonun meydana geldiğini bulmuşlardır. Daha sonra ise bir inhibitör eklediklerinde, sürecin esas olarak kollajen boşluğu içinde meydana geldiğini farketmişlerdir. Jun, kolajen boşluğundaki son derece sınırlı alanın, sadece kalıbın uzunluğu boyunca kalsiyum fosfatın oluşmasını ve boşluk yan duvarları ile yüzey etkileşimlerini en aza indirmesini sağladığını söylemiştir. Başka bir deyişle kollajen boşluğunun topografisi enerji maliyetini düşürür ve nükleasyon sağlar.
Jun, “Yeni kemiğin nasıl oluştuğunu anladığımızda, nerede oluşması gerektiğini değiştirebiliriz” dedi. “Daha önce, kolajen fibrillerinin pasif şablonlar olarak kullanılabileceğini düşündük, ancak bu çalışma, kollajen fibrillerinin nükleasyon yollarını ve enerji bariyerlerini kontrol ederek biomineralizasyonda aktif bir rol oynadığını doğruladı. Eğer kimyalarını değiştirebilir ve kemik minerallerini daha hızlı veya daha güçlü hale getirmek için sinyaller gönderebilirsek,araştırma tıbbi alanda büyük kolaylıklar sağlayacak yönde geliştirilmiş olur. ”
Bu çalışma çekirdeklenmenin biyolojik yönlerine odaklanırken, Jun, sıkılaştırmadaki gelişmiş çekirdekleşme anlayışının aynı zamanda Kimya Mühendisliği, Malzeme Bilimi , Çevre Bilimi ve Mühendisliği için de geçerli bir araştırma alanı olabileceğini söyledi.
Jun, “Çalıştığımız çekirdekleşmenin kapalı alanı , fazla bir şey keşfetmediğimiz biraz egzotik bir alan ve bizler her zaman bir alan sınırlaması olmaksızın yeni materyal oluşumu hakkında düşünüyoruz” dedi.“Bununla birlikte, yeryüzündeki ortamlarda veya su filtrasyon membranlarında, kalsiyum karbonat veya kalsiyum sülfatın ölçek olarak oluşturulduğu yerlerde, çok fazla sınırlı alan vardır.Bu makale ise, bir sağlık yönünün anlık görüntüsüdür, ancak yeni bilgi, enerji sistemlerine ve su sistemlerine geniş ölçüde uygulanabilir. ”
Kaynak : sciencedaily.com
