iPon Hírek

Megfejtették a csontszövet titkát

Dátum | 2013. 04. 18.
Szerző | Jools
Csoport | EGYÉB

A testünk belső vázát adó csontok szerkezete rendkívül összetett: egy olyan struktúráról van szó, amely nagy erőt és rugalmasságot biztosít számunkra, pontos felépítésének megismerése azonban a kutatók legbiztatóbb próbálkozásai ellenére sem járt sikerrel, egészen mostanáig. Az MIT szakértői azonban végre megfejtették a rejtélyt, és több évnyi számítógépes analízis és laborkísérlet után képesek voltak közel atomi pontossággal leírni a csontszövet szerkezetét. Markus Buehlert és kollégáit elsősorban az érdekelte, hogyan lehetséges a kollagén lágy, flexibilis biomolekuláit és a csont szervetlen, kemény ásványi összetevőit úgy kombinálni, hogy a végeredmény egyszerre legyen erős és ellenálló, ugyanakkor valamilyen szinten rugalmas is. A csont szerves és szervetlen alkotórészei olyannyira eltérnek egymástól, hogy külön-külön való vizsgálatuk révén nem lehetséges megérteni a belőlük összeálló anyag viselkedését, mondja Buehler. A teljes csontszövet anyagának 55 százalékát kitevő hidroxilapatit olyan, mint a kréta: rendkívül rideg, morzsolódik és a legkisebb hajlítási kísérlet is eltöri. A kollagén önmagában pedig szinte mindent tartást nélkülöző, kocsonyás, rugalmas anyag. Külön-külön tehát egyik alapanyag sem lenne alkalmas arra, hogy megfelelő vázat alkosson a test számára, együtt viszont nagyon is tökéletesnek bizonyulnak. A csontszerkezet hatékonyságának titka Buehler elmondása szerint pontosan a két összetevő kapcsolódásának módjában rejlik, és ez az, aminek megfejtésével évtizedekig hiába próbálkoztak a szakértők. A problémát az okozta, hogy bár egyre jobb műszerekkel lehetett vizsgálni a csontszövetet alkotó molekulákat, a legjobb atomerő-mikroszkóp is csak két dimenzióban volt képes megjeleníteni ezek kapcsolódásait, holott a csont legfontosabb jellegzetességei bonyolult háromdimenziós struktúrájában rejlenek, amelyet azonban a legutóbbi időkig nem volt lehetőség a maga komplexitásában megjeleníteni és vizsgálni.

A titok nyitját az ásványok kollagénen belüli elhelyezkedése jelenti, ennek modellezése pedig még a leghatalmasabb szuperszámítógépekkel is évekig tartott volna nem is olyan sok idővel ezelőtt. Az informatika fejlődésének köszönhetőn azonban a legújabb gépek már néhány hónap alatt képesek voltak megbirkózni a feladattal. Az eredmények alapján a csont különleges tulajdonságait tényleg a két fő alapanyag elrendeződésének köszönheti: a hidroxilapatit pár nanométer átmérőjű, vékony lapocskákat formáló szemcséi mélyen be vannak ágyazódva a kollagénrostok hálózatába, és a két összetevőt elektrosztatikus kölcsönhatások kapcsolják egymáshoz, amelyek megengednek némi elmozdulást a molekulák közt a kötések sérülése nélkül. Ez az elrendezés biztosítja, hogy mindkét anyag legkedvezőbb tulajdonságai érvényesüljenek a csontszövetben: a hidroxilapatit szemcséi adják az anyag erejét, a kollagénrostok pedig a rugalmasságot biztosítják. A csont molekuláris felépítésének megfejtése a jövőben remélhetőleg segíthet annak megértésében, hogy a csontszövetet érintő kórképek esetében mi okozza a problémákat, és ezeket hogyan lehetne megoldani, mondják a kutatók. A modell segítségével kideríthető, hogy az összetevők szerkezetében, kapcsolódási módjában, arányában bekövetkező kisebb-nagyobb változások milyen hatással vannak a szövet egészének tulajdonságaira, és talán arra is, hogyan lehetne ezen hatásokat kiküszöbölni. Az eredmények alapján a jövőben minden eddiginél jobb szintetikus csontszövetek építhetők. A csontszerkezet korábbinál valósághűbb másolásának ráadásul az orvostudomány területén kívül is nagy haszna lehet, hiszen a struktúra újraalkotása révén a legkülönbözőbb célokra alkalmas, erős, ugyanakkor rugalmas szintetikus alapanyagok hozhatók létre.

Új hozzászólás írásához előbb jelentkezz be!

Eddigi hozzászólások

5. benczeb90
2013.04.18. 13:51
Érdekes. Ilyen szerkezetre nem is gondoltam volna. Mi lenne a mérés menete, ha jegyzőkönvet kéne írni róla?
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
4. mikej95
2013.04.18. 17:26
benczeb90:Szuperszámítógépekből ítélve és a több hónap munkából(a gépek munkájából) valószínűleg bevitték az adatokat valami igen fejlett modellbe és oldschool módon brute force kipróbálták a lehetséges elrendezéseket.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
3. carraroxt
2013.04.18. 18:30
Frankó kis nanokompozit. Tényleg érdekes távlatokat nyithat, ha hatékonyan le tudják majd másolni a szerkezetét.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
2. mikej95
2013.04.18. 20:08
Mikrobi: A molekulák rendeződhettek tonnaféleképpen. Amúgy pedig igazad van, a természetben semmi sem jön le futószalagról(max a kínaiak) és a csontvelőben sincs pillanatragasztó a törés esetére. Azt sem értem, hogyan magyarázza az evolúciós elmélet az ilyen nanoszerkezeteket.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
1. Humbuk
2013.04.19. 09:39
Csodálatos a természet/vagy a tervezőink
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!