Un internacional, equipo de investigación multidisciplinar, incluyendo un profesor de ingeniería en la Universidad de Arkansas, ha descubierto un mecanismo que controla la formación y función de nanocristales en forma de placa que desempeñan un papel fundamental en la composición ósea.

El descubrimiento de los investigadores, publicado en la edición de mayo de 2017 de Biomateriales , avanza en el campo de la ingeniería de tejidos y podría conducir a la creación de un biomaterial producido sintéticamente para reemplazar los huesos.

Arun Nair, profesor asistente de ingeniería mecánica, contribuido al proyecto mediante la generación de modelos computacionales a escala nanométrica. Un nanómetro tiene aproximadamente el ancho de dos átomos de silicio. Las simulaciones se realizaron en el Centro de Computación de Alto Rendimiento de Arkansas de la U of A. Para predecir las propiedades mecánicas, Nair se basó en la teoría funcional de la densidad, un método de modelado mecánico cuántico utilizado para comprender la estructura de los átomos, moléculas y otros procesos biológicos.

"Esta investigación sugiere, por primera vez, que un sustituto químico, en ausencia de proteínas u otras sustancias orgánicas, afecta la morfología cristalita del mineral óseo, ", Dijo Nair." Estos son cristalitos de tamaño nanométrico, pero aún, el hallazgo proporciona una mejor comprensión de los procesos que controlan el tamaño y la forma de las partículas que forman el hueso ".

El hueso está compuesto de proteína, colágeno y mineral en forma de nanocristales en forma de placa. Investigaciones anteriores han demostrado que los cristalitos minerales desempeñan un papel fundamental en la fisiología y la función óseas adecuadas. Su tamaño nanométrico los hace casi perfectos, lo que contribuye a la fortaleza de los huesos. Aunque los investigadores han sabido que el tamaño y la morfología de los nanocristales son fundamentales para el correcto funcionamiento mecánico y fisiológico del hueso, el mecanismo que controla estas propiedades no ha sido claro.

Imitando procesos bioquímicos, los investigadores sintetizaron nanocristales de apatita con carbonato. La apatita es un grupo de minerales de fosfato. Los nanocristales exhibieron morfologías similares a las observadas en el mineral óseo natural. Los modelos atomísticos de Nair de los nanocristales de apatita ayudaron al equipo de investigación a comprender mejor las propiedades mecánicas de los cristales de apatita.