Une équipe de chercheurs a développé une minéralisation biomimétique du carbonate de calcium à l'aide d'un modèle peptidique multifonctionnel pouvant s'auto-alimenter en sources minérales, qui dans ce cas est un apport d'ions carbonate, précurseur du carbonate de calcium. Le processus suit le mécanisme de biosynthèse des tissus durs par les organismes vivants, appelée biominéralisation, et la capacité de former des hydrogels, qui est modelé sur l'environnement de réaction des organismes vivants. Des études antérieures sur la minéralisation ont discuté du mécanisme de formation de cristaux inorganiques synthétisés sur des modèles n'ayant qu'une seule fonction, tel qu'un système alimentant une source minérale externe ou un système d'hydrogel.

Cependant, les organismes vivants utilisent leurs propres enzymes pour s'auto-approvisionner en sources minérales et contrôler l'orientation, phase cristalline, et la morphologie des cristaux inorganiques en utilisant des assemblages 3D avec des structures contrôlées comme champs de réaction. Par conséquent, élucider le mécanisme de formation de cristaux inorganiques dans un environnement réactionnel de minéralisation plus proche du milieu biologique, tels que les assemblages 3D hiérarchisés de type hydrogel et l'auto-approvisionnement en sources minérales, est important pour clarifier la véritable relation pour le contrôle structurel entre les modèles organiques et les matériaux inorganiques obtenus dans la biominéralisation.

Il est important de clarifier la véritable relation de contrôle structurel entre les modèles organiques et les matériaux inorganiques obtenus en biominéralisation. Le groupe de recherche dirigé par le professeur adjoint Kazuki Murai du département de chimie et des matériaux de l'université de Shinshu, La Faculté des sciences et technologies du textile a pu examiner les mécanismes de nucléation et de croissance cristalline du carbonate de calcium dans des conditions plus proches de l'environnement biologique grâce à l'auto-approvisionnement en sources minérales grâce à l'expression d'activités de type enzymatique, et la formation spontanée d'hydrogels, qui est un environnement modèle pour les cellules. Par conséquent, les découvertes du groupe faciliteront la compréhension de la nucléation et de la croissance cristalline des cristaux inorganiques dans la biominéralisation et le rôle des modèles organiques pour le contrôle des cristaux.

Le professeur adjoint Murai déclare que « les connaissances acquises grâce à cette étude et à d'autres études sur la minéralisation sont à la base de la révélation des processus étonnants que les organismes ont acquis au cours de l'évolution sur une longue période. Nous tenons nos os et nos dents pour acquis dans notre vie quotidienne, mais même elles ne sont pas encore entièrement comprises. Je crois que les efforts de divers chercheurs, moi y compris, nous conduira aux « solutions » acquises par les organismes vivants depuis des milliards d'années. Je serai heureux si ma recherche peut être un « tremplin vers une inspiration et une découverte inattendues ».

Cette étude a permis de clarifier trois points majeurs :qu'une seule molécule peptidique a la capacité de s'auto-approvisionner en minéraux grâce à une activité de type enzymatique, la capacité de contrôler la phase cristalline et la morphologie des matériaux inorganiques, et la capacité de former spontanément des hydrogels. Le groupe a pu étudier les mécanismes de nucléation et de croissance cristalline du carbonate de calcium en l'utilisant comme modèle pour la minéralisation. Cette stratégie de recherche visant à imiter l'environnement réactionnel des organismes vivants constituera une percée pour des événements auparavant inconnus ou non clarifiables.

L'équipe de chercheurs espère bien élucider les mécanismes de formation et de croissance des cristaux inorganiques, en plus des facteurs de contrôle structurels qui se produisent entre les modèles organiques et les matériaux inorganiques dans la biominéralisation. Cependant, il y a beaucoup d'obstacles à l'acquisition de ces résultats, y compris la nécessité de beaucoup de recherche, et une collaboration de grande envergure de chercheurs appartenant à divers domaines universitaires.

Le groupe travaille actuellement au développement de matériaux inorganiques cruciaux dans les domaines de l'ingénierie et du médical en utilisant une méthode de synthèse de matériaux propre et respectueuse de l'environnement, ainsi que d'élucider la nanostructure des matériaux construits, la complexation des matières organiques et inorganiques, et la clarification de la corrélation entre la structure et la fonction de ces matériaux.