p Carbonato de cálcio, ou CaCO3, compreende mais de 4% da crosta terrestre. Suas formas naturais mais comuns são giz, calcário, e mármore, produzido pela sedimentação das conchas de pequenos caracóis fossilizados, marisco, e corais ao longo de milhões de anos. p Pesquisadores do New York University College of Dentistry (NYU Dentistry) estão estudando como a natureza cria materiais de base inorgânica / orgânica de CaCO3 tridimensional para formar conchas, exoesqueletos de invertebrados, e osso vertebrado, dentina, e esmalte.

p John Evans, DMD, PhD, professor do Departamento de Ciências Básicas e Biologia Craniofacial da Odontologia da NYU, supervisiona um grupo de pesquisa com foco no estudo de proteínas que modulam a formação de biominerais, que, por sua vez, criam novos materiais compostos com propriedades únicas, tais como aumento da resistência à fratura e punção.

p Em um artigo publicado recentemente em Bioquímica , Gaurav Jain, PhD, um pós-doutorado no laboratório do Dr. Evans e co-autor de "Um modelo de proteína de matriz de espícula de ouriço do mar, rSpSM50, é um hidrogelador que modifica e organiza o processo de mineralização, "examinou como a matriz CaCO3 é organizada dentro de uma espícula de ouriço-do-mar (ver figura 1). No início, essas espículas nada mais são do que giz, mas quando combinado com proteínas de ouriço do mar, eles formam pequenas pilhas de "tijolos, "criando uma estrutura que fornece uma das mais resistentes defesas contra predadores e condições oceânicas adversas.

p "Células mesenquimais primárias (PMCs) dentro de um embrião de ouriço-do-mar depositam CaCO3 amorfo dentro da matriz de proteínas espículas onde esses tijolos são moldados em camadas de cristais de carbonato de cálcio, "observa o Dr. Jain." No entanto, as capacidades funcionais e de montagem das proteínas individuais da matriz da espícula não são claras. No momento, estamos investigando uma dessas proteínas encontrada dentro das espículas de um embrião de ouriço-do-mar para entender o que torna essas proteínas tão eficientes 'organizadoras de tijolos'. "

p Os pesquisadores analisaram o SM50, uma das proteínas mais abundantes e bem estudadas encontradas dentro dessas espículas. Eles descobriram que uma versão recombinante da proteína SM50, rSpSM50, é uma proteína altamente propensa à agregação que forma pequenas estruturas gelatinosas chamadas hidrogéis em solução. Essas 'geléias' capturam minúsculas nanopartículas de minerais e as organizam em 'tijolos' cristalinos. Além disso, O rSpSM50 causa texturização da superfície e forma canais porosos interconectados aleatoriamente dentro desses cristais.

p "O que é único sobre rSpSM50 é que ele promove a formação e organização de duas formas diferentes de carbonato de cálcio - calcita e vaterita dentro das próprias 'geléias', induzindo resistência à fratura para a estrutura geral, "disse o Dr. Jain.

p Os pesquisadores usaram um tipo específico de método de titulação que revelou os detalhes sobre os primeiros eventos na formação da espícula.

p "O rSpSM50 acabou sendo uma peça muito importante do quebra-cabeça, uma vez que retarda a cinética de formação, mas não estabiliza nem desestabiliza as partículas minerais extremamente pequenas que, em última análise, formam esses tijolos, "diz o co-autor Martin Pendola, PhD.

p CaCo3 sempre foi o material de construção favorito do homem para fazer ferramentas primitivas, instrumentos musicais, e artesanato desde o início da civilização. Nos tempos modernos, CaCO3 é o mineral mais amplamente utilizado no papel, plásticos, indústrias de tintas e revestimentos, tanto como enchimento - e devido à sua cor branca especial - como pigmento de revestimento.

p "Nossa pesquisa atual, financiado pelo Departamento de Energia dos EUA, permitirá aos cientistas compreender melhor o processo de mineralização e montagem crucial para a formação de espículas em ouriços-do-mar, "disse o Dr. Evans." Nosso objetivo final é determinar as propriedades moleculares dessas proteínas que permitem a montagem das matrizes, mineralizar, e participar na formação de estruturas esqueléticas orgânicas / inorgânicas de ocorrência natural. A esperança é que a compreensão abrangente das proteínas da espícula possibilite o desenvolvimento de materiais sintonizáveis ​​resistentes à fratura que um dia serão usados ​​no desenvolvimento de 'armadura' leve e compósitos dentais 'mais resistentes'. "