Uma equipe de pesquisa internacional usou novas técnicas de raios-X para descrever como a arquitetura de ossos humanos saudáveis ​​é construída. A equipe descobriu uma estrutura até então desconhecida em ossos saudáveis.

O osso humano é um material biológico maravilhoso e fantástico. O tecido ósseo é altamente especializado, com uma estrutura otimizada para funções específicas do corpo. Ossos saudáveis ​​são fortes, eles têm uma alta capacidade de carga, e são difíceis de quebrar.

A estrutura interna dos ossos é de grande interesse internacional para pesquisadores, e um melhor conhecimento das estruturas fundamentais do biomaterial possibilitaria a prevenção de várias doenças ósseas. Também pode facilitar o desenvolvimento de materiais completamente novos, com propriedades sem precedentes. Contudo, a estrutura dos ossos é simplesmente complexa demais para que possamos chegar perto de imitá-la.

Uma equipe internacional de pesquisadores da Universidade de Aarhus, na Dinamarca, o Síncrotron Europeu na França (ESRF), a Universidade Chalmers sueca e o Instituto Paul Scherrer na Suíça descobriram agora uma subestrutura até então desconhecida no tecido ósseo por meio de uma nova técnica de raios-X. A descoberta e a técnica abrem novas abordagens para o estudo da arquitetura subjacente do tecido ósseo, e criar uma melhor compreensão dos biomateriais.

O estudo é apresentado em revista científica Avanços da Ciência .

Imagem 3-D dos cristais nos ossos

Se cortarmos um osso, sabemos que a arquitetura interna do tecido ósseo saudável é construída basicamente de dois tipos de tecido:as chamadas fibrilações de colágeno, que são constituídos principalmente por proteínas. Eles compreendem a capacidade de suporte das propriedades mecânicas do osso, com um microscópico, estrutura semelhante a fio entrelaçada com nanocristais de minerais contendo cálcio.

Juntos, os dois tipos de tecido constituem uma estrutura hierárquica torcida com a capacidade das fibrilações de resistir às forças de alongamento e flexão, e a dureza e resiliência dos nanocristais. É essa estrutura torcida que fornece aos ossos suas propriedades mecânicas, e que os pesquisadores vêm tentando entender há muitos anos.

"O desafio até agora é que não temos nenhum método para demonstrar a orientação dos nanocristais no tecido ósseo, "explica o Professor Associado Henrik Birkedal da iNANO e do Departamento de Química da Universidade de Aarhus.

A equipe internacional conseguiu encontrar a solução aprimorando a técnica de raios-X conhecida como tomografia tensorial, e criando um mapa 3-D preciso dos cristais no tecido.

"Nos últimos anos, avanços tecnológicos e científicos significativos tornaram esse novo método possível. Por meio de radiação síncrotron mais poderosa, é possível melhorar o método, e para desafiar a suposição anterior sobre o tecido ósseo, "explica Manfred Burghammer da instalação de pesquisa ID13 no ESRF, que foi o diretor de pesquisa do projeto junto com Henrik Birkedal.

O método aprimorado permite ver como os nanocristais estão realmente localizados na estrutura. Isso já revelou uma disparidade com o conhecimento anterior sobre ossos que foi acumulado ao longo de muitos anos de pesquisa. A estrutura óssea não é uniformemente estruturada como assumido anteriormente, porque há desvios na orientação dos nanocristais.

"Francamente, ficamos um pouco chocados ao descobrir o desvio dos modelos, "diz Henrik Birkedal." Tem sido realmente interdisciplinar, colaboração internacional com participantes da física, química e ciências da saúde, e todos nós ficamos agradavelmente surpresos com a descoberta. "

Novos conhecimentos com significado desconhecido

As novas imagens 3-D surpreenderam o grupo de pesquisa, porque entram em conflito com as teorias fundamentais de que os ossos são construídos em uma estrutura hierárquica predominantemente uniforme.

"Reconhecidamente, é muito cedo para dar uma explicação inequívoca do que se esconde por trás do desvio que demonstramos, mas deu à ciência um novo método de olhar para a estrutura subjacente dos ossos, "diz Tilman Grünewald do ESRF.

A descoberta potencialmente questiona fundamentalmente uma série de modelos de tecido ósseo e as propriedades mecânicas dos ossos que, entre outras coisas, têm sido usados ​​para descrever o processo de formação óssea.

"Ossos e outros biomateriais, como conchas do mar, possuem uma característica mecânica e estrutural que está intimamente ligada à sua estrutura. Quanto melhor entendermos isso, quanto mais perto podemos chegar de sermos capazes de imitar os métodos de construção da natureza, por exemplo. Nosso estudo nos deu uma nova ferramenta para revelar mais alguns dos segredos da natureza, e este trabalho já está em andamento, "diz Henrik Birkdal.