Científicos revelan la notable nanoestructura del hueso humano
Descubrieron que los principales bloques de construcción mineral a escala nanométrica son nanocristales curvos en forma de aguja
Científicos han producido una reconstrucción en 3D a nanoescala de la estructura mineral del hueso. Los huesos funcionan igual de bien en un guepardo veloz o en un elefante pesado, gracias a su dureza y fuerza. Las propiedades del hueso se pueden atribuir a su organización jerárquica, donde los elementos pequeños forman estructuras más grandes; pero su organización a escala nanométrica y la relación entre los componentes principales del hueso (minerales y proteínas) no se han entendido completamente.
Utilizando imágenes en 3D a escala nanométrica de los minerales en el hueso humano, los equipos de investigación de la Universidad de York, en Canadá, y el Imperial College de Londres, en Reino Unido, han demostrado que los cristales minerales de los huesos tienen una estructura jerárquica integrada en la estructura a mayor escala del esqueleto.
Los científicos combinaron varias técnicas avanzadas basadas en la microscopía electrónica y descubrieron que los principales bloques de construcción mineral a escala nanométrica son nanocristales curvos en forma de aguja que forman plaquetas más grandes y retorcidas que se asemejan a las hojas de una hélice. Los filos se fusionan continuamente y se dividen a lo largo de la fase proteica del hueso. El mineral y la proteína entrelazados forman redes continuas para proporcionar la fuerza esencial para la funcionalidad del hueso.
DOS MATERIALES SE COMBINAN DE MANERA JERÁRQUICA
El autor principal, el profesor asociado Roland Kröger, del Departamento de Física de la Universidad de York, apunta: "El hueso es un compuesto intrigante de esencialmente dos materiales, la proteína flexible colágeno y el mineral duro llamado apatita. Hay mucha discusión sobre la forma en que estas dos fases rígidas y flexibles se combinan de forma única para proporcionar resistencia y fortaleza al hueso. La combinación de los dos materiales de una manera jerárquica proporciona al hueso propiedades mecánicas que son superiores a las de sus componentes individuales solos y encontramos que hay 12 niveles de jerarquía en el hueso".
La doctora Natalie Reznikov, exintegrante del Imperial College de Londres y autora del artículo, apunta: "Si comparamos esta disposición, por ejemplo, con un individuo que vive en una habitación de una casa, esto se extiende a una casa en una calle, luego la calle en un vecindario, un vecindario en una ciudad, un país y así sucesivamente. Si continúas 12 niveles estás alcanzando el tamaño de una galaxia".
La profesora Molly Stevens, del Imperial College de Londres, agrega: "Este trabajo se basa en muchos hermosos estudios previos que investigan las propiedades fundamentales y la estructura del hueso y ayuda a desbloquear una pieza importante que falta en el rompecabezas".
Además del gran número de estructuras anidadas en el hueso, una característica común de todas ellas es una ligera curvatura, que proporciona una geometría retorcida. Por nombrar algunos, los cristales minerales son curvos, los hilos de proteína (colágeno) están trenzados, las fibrillas de colágeno mineralizadas se retuercen y los huesos completos hacen un giro, como los que se ven en la forma curva de una costilla, por ejemplo.
Los fractales son comunes en la naturaleza: se pueden ver patrones auto-similares en relámpagos, líneas costeras, ramas de árboles, nubes y copos de nieve. Esto significa que la estructura del hueso sigue un principio de orden fundamental en la naturaleza, según los investigadores.
