Nico Sommerdijk. Fuente: TU/e.
Un equipo de investigadores de la Universidad Tecnológica de Eindhoven (TU/e), en los Países Bajos, ha conseguido por vez primera imitar en laboratorio el proceso natural de formación de los huesos, así como observar dicho proceso con gran detalle.
Según publica la TU/e en un comunicado, los huesos fueron desarrollados con fibras de colágeno (componente más abundante de los huesos y de la piel) en las que se depositó fosfato cálcico formando nanocristales.
En este proceso, se reprodujo el mismo crecimiento del fosfato cálcico que se da en la formación de huesos reales, explican los investigadores: en el organismo, el calcio está presente en los huesos en forma de hidroxiapatita, que es una estructura cristalina compuesta por fosfato de calcio que se sitúa alrededor de una matriz orgánica de proteína colagenosa para proporcionar fuerza y rigidez.
Proceso dirigido por el colágeno
Durante mucho tiempo se ha pensado que el colágeno era sólo un “molde” para la colocación del fosfato cálcico en los huesos de los organismos, y que la formación de dichos huesos estaba controlada por biomoléculas especializadas.
Sin embargo, las imágenes registradas en su investigación por Nico Sommerdijk y Fabio Nudelman, del Departamento de ingeniería química y química de la TU/e, han demostrado que las fibras de colágeno son, en sí mismas, las que controlan la formación mineral y, por tanto, las que dirigen el desarrollo de los huesos.
Según los científicos, las biomoléculas tendrían en este proceso de mineralización un papel distinto a lo que se creía: en realidad sirven para mantener el fosfato cálcico en solución líquida hasta que comienza el proceso de crecimiento del mineral.
Tecnología punta para el registro de imágenes
Los investigadores pudieron ver cómo se desarrollaban los huesos en el interior de las fibras de colágeno utilizando un microscopio electrónico único, el llamado cryoTitan.
Tal y como publica la página web de la Unidad de Investigación CryoTEM de la Universidad de Eindhoven, este microscopio está equipado con una serie de dispositivos de tecnología punta, como una cámara MultiScan™ CCD o un prisma óptico para holografía, que hacen que tenga una resolución tan alta como para registrar imágenes de átomos individuales.
Según publica la TU/e en un comunicado, los huesos fueron desarrollados con fibras de colágeno (componente más abundante de los huesos y de la piel) en las que se depositó fosfato cálcico formando nanocristales.
En este proceso, se reprodujo el mismo crecimiento del fosfato cálcico que se da en la formación de huesos reales, explican los investigadores: en el organismo, el calcio está presente en los huesos en forma de hidroxiapatita, que es una estructura cristalina compuesta por fosfato de calcio que se sitúa alrededor de una matriz orgánica de proteína colagenosa para proporcionar fuerza y rigidez.
Proceso dirigido por el colágeno
Durante mucho tiempo se ha pensado que el colágeno era sólo un “molde” para la colocación del fosfato cálcico en los huesos de los organismos, y que la formación de dichos huesos estaba controlada por biomoléculas especializadas.
Sin embargo, las imágenes registradas en su investigación por Nico Sommerdijk y Fabio Nudelman, del Departamento de ingeniería química y química de la TU/e, han demostrado que las fibras de colágeno son, en sí mismas, las que controlan la formación mineral y, por tanto, las que dirigen el desarrollo de los huesos.
Según los científicos, las biomoléculas tendrían en este proceso de mineralización un papel distinto a lo que se creía: en realidad sirven para mantener el fosfato cálcico en solución líquida hasta que comienza el proceso de crecimiento del mineral.
Tecnología punta para el registro de imágenes
Los investigadores pudieron ver cómo se desarrollaban los huesos en el interior de las fibras de colágeno utilizando un microscopio electrónico único, el llamado cryoTitan.
Tal y como publica la página web de la Unidad de Investigación CryoTEM de la Universidad de Eindhoven, este microscopio está equipado con una serie de dispositivos de tecnología punta, como una cámara MultiScan™ CCD o un prisma óptico para holografía, que hacen que tenga una resolución tan alta como para registrar imágenes de átomos individuales.
Con el CryoTEM, los científicos analizaron, durante la formación de los huesos, muestras que fueron rápidamente congeladas, por lo que el proceso pudo registrarse y observarse en sus pasos consecutivos.
Aplicación en la formación de huesos artificiales
El Instituto Nacional de Investigación en Cerámica italiano (ISTEC) está desarrollando ya nuevos implantes óseos basados en el descubrimiento realizado por Sommerdijk y Nudelman.
Este mismo Instituto hacía públicos, a principios de este año, sus avances en un nuevo método para crear huesos a partir de madera de ratán, siguiendo un proceso de 10 días de duración.
El resultado obtenido por los científicos italianos fue un material óseo muy resistente, capaz de soportar la pesada carga de cualquier cuerpo, y duradero, que no tendría que ser reemplazado.
Sommerdijk y sus colaboradores, por su parte, no tienen intención de producir huesos después de su descubrimiento. Según el investigador: “nosotros hemos dado un gran paso en el terreno de la formación ósea, pero nuestro interés es comprender el desarrollo de los huesos, no producirlos”.
Desarrollo de otros nanomateriales
El avance realizado abre la puerta a un nuevo campo de investigación para los científicos de la TU/e. Éstos confían en que los mismos principios aplicados al desarrollo óseo puedan usarse para producir varios tipos de nanomateriales.
Los nanomateriales, menores que una décima de micrómetro, presentan diversas características que los hacen especialmente atractivos para la ingeniería, como el tener propiedades fundamentales modificables (magnetización, propiedades ópticas, temperatura de fusión, etc.) con respecto a los mismos materiales en escalas corrientes.
Sommerdijk y Nudelman están empezando a trabajar a escala nanométrica con la magnetita, un material magnético que puede usarse como biomarcador o como almacenamiento de datos.
Pero sus ambiciones van aún más lejos, según Sommerdijk: “creo seriamente que podemos desarrollar todo tipo de materiales utilizando los mismos principios (que en la formación de huesos). La formación biomimética de materiales magnéticos es un área nueva, que permanece aún totalmente inexplorada”.
Los resultados de la presente investigación han aparecido publicados en la revista especializada Nature Materials.
Aplicación en la formación de huesos artificiales
El Instituto Nacional de Investigación en Cerámica italiano (ISTEC) está desarrollando ya nuevos implantes óseos basados en el descubrimiento realizado por Sommerdijk y Nudelman.
Este mismo Instituto hacía públicos, a principios de este año, sus avances en un nuevo método para crear huesos a partir de madera de ratán, siguiendo un proceso de 10 días de duración.
El resultado obtenido por los científicos italianos fue un material óseo muy resistente, capaz de soportar la pesada carga de cualquier cuerpo, y duradero, que no tendría que ser reemplazado.
Sommerdijk y sus colaboradores, por su parte, no tienen intención de producir huesos después de su descubrimiento. Según el investigador: “nosotros hemos dado un gran paso en el terreno de la formación ósea, pero nuestro interés es comprender el desarrollo de los huesos, no producirlos”.
Desarrollo de otros nanomateriales
El avance realizado abre la puerta a un nuevo campo de investigación para los científicos de la TU/e. Éstos confían en que los mismos principios aplicados al desarrollo óseo puedan usarse para producir varios tipos de nanomateriales.
Los nanomateriales, menores que una décima de micrómetro, presentan diversas características que los hacen especialmente atractivos para la ingeniería, como el tener propiedades fundamentales modificables (magnetización, propiedades ópticas, temperatura de fusión, etc.) con respecto a los mismos materiales en escalas corrientes.
Sommerdijk y Nudelman están empezando a trabajar a escala nanométrica con la magnetita, un material magnético que puede usarse como biomarcador o como almacenamiento de datos.
Pero sus ambiciones van aún más lejos, según Sommerdijk: “creo seriamente que podemos desarrollar todo tipo de materiales utilizando los mismos principios (que en la formación de huesos). La formación biomimética de materiales magnéticos es un área nueva, que permanece aún totalmente inexplorada”.
Los resultados de la presente investigación han aparecido publicados en la revista especializada Nature Materials.