Carbonato de calcio, o CaCO3, comprende más del 4% de la corteza terrestre. Sus formas naturales más comunes son la tiza, caliza, y mármol, producido por la sedimentación de las conchas de pequeños caracoles fosilizados, mariscos, y coral durante millones de años.

Los investigadores de la Facultad de Odontología de la Universidad de Nueva York (NYU Dentistry) están estudiando cómo la naturaleza crea materiales tridimensionales basados ​​en CaCO3 inorgánicos / orgánicos para formar conchas marinas, exoesqueletos de invertebrados, y hueso de vertebrado, dentina, y esmalte.

John Evans, DMD, Doctor, profesor en el Departamento de Ciencias Básicas y Biología Craneofacial de NYU Dentistry, supervisa un grupo de investigación centrado en el estudio de proteínas que modulan la formación de biominerales, que a su vez crean nuevos materiales compuestos con propiedades únicas, tales como mayor resistencia a la rotura y perforación.

En un artículo publicado recientemente en Bioquímica , Gaurav Jain, Doctor, un postdoctorado en el laboratorio del Dr. Evans y coautor de "Un modelo de proteína de matriz de espículas de erizo de mar, rSpSM50, es un hidrogelificante que modifica y organiza el proceso de mineralización, "observó cómo se organiza la matriz de CaCO3 dentro de una espícula de erizo de mar (ver figura 1). Al principio, estas espículas no son más que tiza, pero cuando se combina con proteínas de erizo de mar, forman pequeñas pilas de "ladrillos, "creando una estructura que proporciona una de las defensas más duras contra los depredadores y las duras condiciones del océano.

"Las células mesénquimas primarias (PMC) dentro de un embrión de erizo de mar depositan CaCO3 amorfo dentro de la matriz de proteínas de las espículas donde estos ladrillos se forman en capas de cristales de carbonato de calcio, "señala el Dr. Jain". Sin embargo, las capacidades funcionales y de ensamblaje de las proteínas de la matriz de las espículas individuales no están claras. Actualmente estamos investigando una de esas proteínas que se encuentra dentro de las espículas de un embrión de erizo de mar para comprender qué hace que estas proteínas sean tan eficientes como 'organizadores de ladrillos' ".

Los investigadores observaron SM50, una de las proteínas más abundantes y mejor estudiadas que se encuentran dentro de estas espículas. Descubrieron que una versión recombinante de la proteína SM50, rSpSM50, es una proteína muy propensa a la agregación que forma pequeñas estructuras gelatinosas llamadas hidrogeles en solución. Estas 'gelatinas' capturan diminutas nanopartículas minerales y las organizan en 'ladrillos' cristalinos. Es más, rSpSM50 provoca texturas superficiales y forma canales porosos interconectados aleatoriamente dentro de estos cristales.

"Lo que es único sobre rSpSM50 es que fomenta la formación y organización de dos formas diferentes de carbonato de calcio:calcita y vaterita dentro de las 'jaleas' mismas, inducir resistencia a la fractura en la estructura general, "dijo el Dr. Jain.

Los investigadores utilizaron un tipo específico de método de titulación que reveló los detalles sobre eventos muy tempranos en la formación de espículas.

"rSpSM50 resulta ser una pieza realmente importante del rompecabezas, ya que ralentiza la cinética de formación pero no estabiliza ni desestabiliza las partículas minerales extremadamente diminutas que finalmente forman estos ladrillos, "dice el coautor Martín Pendola, Doctor.

CaCo3 siempre ha sido el material de construcción favorito de los hombres para fabricar herramientas primitivas, instrumentos musicales, y artesanía desde el comienzo de la civilización. En los tiempos modernos, CaCO3 es el mineral más utilizado en el papel, plástica, industrias de pinturas y recubrimientos tanto como relleno, como por su especial color blanco, como pigmento de recubrimiento.

"Nuestra investigación actual, financiado por el Departamento de Energía de EE. UU., permitirá a los científicos comprender mejor el proceso de mineralización y ensamblaje crucial para la formación de espículas en el erizo de mar, ", dijo el Dr. Evans." Nuestro objetivo final es determinar las propiedades moleculares de estas proteínas que permiten que las matrices se ensamblen, mineralizar, y participar en la formación de estructuras esqueléticas orgánicas / inorgánicas de origen natural. La esperanza es que la comprensión integral de las proteínas de las espículas permitirá el desarrollo de materiales sintonizables resistentes a las fracturas que algún día encontrarán su uso en el desarrollo de compuestos dentales ligeros 'armaduras' y 'más resistentes' ".