p O osso é um dos surpreendentes "materiais de construção" da natureza. Libra por libra é mais forte que o aço, resistente, mas resiliente. Cientistas do Laboratório Ames do Departamento de Energia dos Estados Unidos identificaram a composição que dá aos ossos suas excelentes propriedades e o importante papel que o citrato desempenha, trabalho que pode ajudar a ciência a entender melhor e tratar ou prevenir doenças ósseas como a osteoporose. p Usando espectroscopia de ressonância magnética nuclear (NMR), O cientista do Ames Laboratory e professor de química da Iowa State University Klaus Schmidt-Rohr e seus colegas estudaram ossos, um nanocompósito orgânico-inorgânico cuja rigidez é fornecida por finos nanocristais de apatita carbonatada, um fosfato de cálcio, embutido em uma matriz orgânica de principalmente colágeno, uma proteína fibrosa.

p Ao compreender a nanoestrutura de materiais de ocorrência natural, pesquisadores podem ser capazes de desenvolver um novo peso leve, materiais de alta resistência que requerem menos energia para serem fabricados e que podem tornar os produtos nos quais são usados ​​mais eficientes em termos energéticos.

p "O orgânico, matriz de colágeno é o que torna os ossos resistentes, "Schmidt-Rohr disse, "enquanto os nanocristais de apatita inorgânicos fornecem a rigidez. E a pequena espessura - cerca de 3 nanômetros - desses nanocristais parece fornecer propriedades mecânicas favoráveis, principalmente na prevenção da propagação de crack. "

p Embora a estrutura óssea tenha sido estudada extensivamente, como esses nanocristais de apatita se formam e o que os impede de crescerem mais espessos era um mistério. Algumas pesquisas apontaram que os açúcares estão envolvidos, mas isso não combinava com os espectros de RMN que Schmidt-Rohr estava vendo.

p "Podemos ver todos os picos claramente, "ele diz sobre um gráfico espectral que mostra os pontos em que componentes específicos em amostras ósseas ressoam; essas assinaturas específicas são a chave para a tecnologia de RMN, "mesmo aqueles na interface orgânico-inorgânico, onde a intensidade do sinal do material orgânico é relativamente fraca. "

p Depois de estudar a estrutura óssea por um período de cinco anos, na verdade, foi um acaso que Schmidt-Rohr encontrou uma assinatura que parecia coincidir com o que ele estava vendo.

p "Tínhamos obtido algumas amostras de colágeno cristalino para estudar, " ele disse, "e descobriu-se que o fornecedor, Sigma-Aldrich, usou citrato para dissolver o colágeno. E a assinatura do citrato nas amostras de colágeno combinava com a assinatura que víamos nos ossos. "

p De acordo com Schmidt-Rohr, o papel do citrato no osso foi estudado até cerca de 1975, mas desde aquela época, nenhuma menção foi feita em qualquer literatura mais recente sobre osso. Então, em essência, sua equipe de pesquisa teve que redescobri-lo.

p O caso do citrato foi apresentado de forma mais convincente quando o assistente de pesquisa graduado Yanyan Hu foi capaz de extrair citrato de osso de vaca e substituí-lo por citrato enriquecido com carbono 13 (C13), resultando em um aumento de 30 vezes dos sinais de NMR da amostra de osso. Os picos corresponderam exatamente, confirmando a presença de citrato na superfície onde os nanocristais de apatita se formaram.

p Schmidt-Rohr ainda formulou a hipótese de que, uma vez que o citrato é muito grande para ser incorporado na rede de cristal de apatita, ele deve ser ligado à superfície dos nanocristais, onde estabiliza o tamanho dos nanocristais, impedindo seu crescimento posterior. As descobertas foram publicadas em 28 de dezembro, Edição de 2010 da Proceedings of the National Academy of Sciences .

p "Com base na literatura antiga, analisamos os níveis de citrato em uma variedade de tipos de osso e descobrimos que a espinha de arenque tinha a maior concentração de citrato - cerca de 13 por cento em peso, "Schmidt-Rohr disse." Portanto, deve-se considerar que o sinal de citrato para espinha de arenque deve ser três vezes maior do que para osso de vaca, e de fato foi. "

p Em estudos posteriores, o grupo descobriu que maior concentração de citrato, quanto mais finos os nanocristais de apatita no osso. Isso foi posteriormente confirmado em nanocompósitos miméticos de osso em uma colaboração com os cientistas da faculdade do Ames Lab, Surya Mallapragada e Muffit Akinc, usando um modelo de polímero com várias concentrações de citrato para sintetizar nanocristais de apatita. Em concentrações mais altas, os nanocristais formados eram mais finos e, portanto, deveriam ser mais resistentes à propagação de trincas. Este trabalho foi publicado na edição de 12 de abril da Química de Materiais.

p "Neste ponto, sentimos que o citrato provavelmente também tem um papel na biomineralização da apatita, "Schmidt-Rohr disse." Também foi observado na literatura que, à medida que um organismo envelhece, a espessura do nanocristal aumenta e a concentração de citrato diminui, "Schmidt-Rohr disse, "e também há suporte de estudos clínicos que o citrato é bom para os ossos, "acrescentando que um dos principais suplementos para a resistência óssea contém citrato de cálcio.

p "Embora a perda de cálcio seja um sintoma importante na osteoporose, o declínio da concentração de citrato também pode contribuir para a fragilidade óssea, " ele disse.