Los experimentos de neutrones en el Laboratorio Nacional Oak Ridge (ORNL) del Departamento de Energía (DOE) han proporcionado nuevos conocimientos sobre los mecanismos que sustentan la salud y la reparación de los huesos. El estudio revela que un tipo de colágeno, una proteína de andamio que proporciona a los huesos fuerza y ​​flexibilidad, pasa por un proceso de mineralización que es esencial para mantener la estructura y función ósea. Los hallazgos subrayan la importancia de este proceso en la prevención de la fragilidad ósea y enfermedades como la osteoporosis.

El colágeno es un componente clave de la matriz extracelular (MEC), una red compleja de moléculas que proporciona soporte estructural a las células. En los huesos, la ECM se mineraliza con calcio y fosfato para formar hidroxiapatita, el principal componente mineral de los huesos que les confiere dureza y resistencia a las fracturas.

El equipo de investigación, dirigido por Karthik Raman de ORNL, utilizó una combinación de dispersión de neutrones y modelado computacional para estudiar la estructura y dinámica del colágeno y sus interacciones con la hidroxiapatita. La dispersión de neutrones es una técnica poderosa para estudiar la estructura y el comportamiento de materiales a nivel molecular. Los neutrones son partículas subatómicas sin carga eléctrica, por lo que pueden penetrar profundamente en los materiales sin causar daños.

Los experimentos revelaron que el proceso de mineralización implica la formación de un compuesto mineral-colágeno que tiene una estructura jerárquica. El compuesto está compuesto de fibrillas de colágeno entrecruzadas por cristales minerales. Esta estructura proporciona a los huesos su resistencia mecánica y flexibilidad.

Raman explicó:"Los neutrones nos permitieron ver cómo están dispuestas las moléculas de colágeno y cómo interactúan con los cristales minerales. Esta información es crucial para comprender cómo los huesos son capaces de resistir fuerzas mecánicas y repararse a sí mismos cuando están dañados".

Los investigadores descubrieron que el proceso de mineralización está altamente regulado y que las alteraciones de este proceso pueden provocar trastornos óseos. Por ejemplo, en la osteoporosis, una afección caracterizada por una densidad ósea reducida y una mayor fragilidad ósea, el proceso de mineralización se ve afectado.

"Nuestros hallazgos sugieren que apuntar al proceso de mineralización podría ser una estrategia terapéutica potencial para la prevención y el tratamiento de enfermedades óseas", dijo Raman. "Al comprender cómo funciona el proceso de mineralización, podemos desarrollar nuevos tratamientos que puedan ayudar a mantener huesos sanos y prevenir fracturas".

El estudio se publica en la revista Nature Communications.