Un equipo de investigación internacional ha utilizado nuevas técnicas de rayos X para describir cómo se construye la arquitectura de huesos humanos sanos. El equipo ha descubierto una estructura hasta ahora desconocida en huesos sanos.

El hueso humano es un material biológico maravilloso y fantástico. El tejido óseo es altamente especializado, con una estructura optimizada para funciones específicas del cuerpo. Los huesos sanos son fuertes tienen una gran capacidad de carga, y son difíciles de romper.

La estructura interna de los huesos es de gran interés internacional para los investigadores, y una mejor comprensión de las estructuras biomateriales fundamentales permitiría prevenir diversas enfermedades óseas. También podría facilitar el desarrollo de materiales completamente nuevos, con propiedades sin precedentes. Sin embargo, la estructura de los huesos es simplemente demasiado compleja para que podamos acercarnos a imitarla.

Un equipo internacional de investigadores de la Universidad de Aarhus en Dinamarca, el Sincrotrón europeo en Francia (ESRF), La Universidad Sueca de Chalmers y el Instituto Paul Scherrer en Suiza han descubierto una subestructura previamente desconocida en el tejido óseo mediante una nueva técnica de rayos X. El descubrimiento y la técnica se abren a nuevos enfoques para el estudio de la arquitectura subyacente del tejido óseo, y crear una mejor comprensión de los biomateriales.

El estudio se presenta en la revista científica Avances de la ciencia .

Imagen tridimensional de los cristales en los huesos

Si cortamos en un hueso, sabemos que la arquitectura interna del tejido óseo sano se compone básicamente de dos tipos de tejido:las llamadas fibrilaciones de colágeno, que se componen principalmente de proteínas. Comprenden la capacidad de carga de las propiedades mecánicas del hueso, con un microscópico, estructura filiforme entrelazada con nanocristales de minerales que contienen calcio.

Juntos, Los dos tipos de tejido constituyen una estructura jerárquica retorcida con la capacidad de las fibrilaciones para resistir fuerzas de estiramiento y flexión. y la dureza y resistencia de los nanocristales. Es esta estructura retorcida la que proporciona a los huesos sus propiedades mecánicas, y que los investigadores han intentado comprender durante muchos años.

"El desafío hasta ahora ha sido que no tenemos ningún método para demostrar la orientación de los nanocristales en el tejido óseo, "explica el profesor asociado Henrik Birkedal de iNANO y el Departamento de Química de la Universidad de Aarhus.

El equipo internacional ha logrado encontrar la solución mejorando la técnica de rayos X conocida como tomografía tensorial, y creando un mapa tridimensional preciso de los cristales en el tejido.

"En años recientes, Los importantes avances tecnológicos y científicos han hecho posible este nuevo método. Mediante una radiación de sincrotrón más potente, es posible mejorar el método, y desafiar la suposición anterior sobre el tejido óseo, "explica Manfred Burghammer del centro de investigación ID13 en la ESRF, quien ha sido el director de investigación del proyecto junto con Henrik Birkedal.

El método mejorado permite ver cómo se encuentran realmente los nanocristales en la estructura. Esto ya ha revelado una disparidad con el conocimiento previo sobre los huesos que se ha acumulado a lo largo de muchos años de investigación. La estructura ósea no está estructurada uniformemente como se suponía anteriormente, porque hay desviaciones en la orientación de los nanocristales.

"Francamente, nos sorprendió un poco encontrar la desviación de los modelos, ", dice Henrik Birkedal." Ha sido un proceso realmente interdisciplinario, colaboración internacional con participantes de la física, química y ciencias de la salud, y todos quedamos gratamente sorprendidos por el descubrimiento ".

Nuevos conocimientos con significado desconocido

Las nuevas imágenes en 3-D sorprendieron al grupo de investigación, porque entran en conflicto con las teorías fundamentales de que los huesos se construyen en una estructura jerárquica predominantemente uniforme.

"Cierto es que, es demasiado pronto para dar una explicación inequívoca de lo que se esconde detrás de la desviación que hemos demostrado, pero le ha dado a la ciencia un nuevo método para investigar la estructura subyacente de los huesos, "dice Tilman Grünewald de la ESRF.

El descubrimiento potencialmente cuestiona fundamentalmente una serie de modelos de tejido óseo y las propiedades mecánicas de los huesos que, entre otras cosas, se han utilizado para describir el proceso de formación ósea.

"Huesos y otros biomateriales, como conchas de mar, tienen una característica mecánica y estructural que está íntimamente ligada a su estructura. Cuanto mejor entendamos esto, cuanto más nos acerquemos a ser capaces de imitar los métodos de construcción de la naturaleza, por ejemplo. Nuestro estudio nos ha dado una nueva herramienta para revelar algunos de los secretos de la naturaleza, y este trabajo ya está en marcha, "dice Henrik Birkdal.