Un international, équipe de recherche pluridisciplinaire, dont un professeur d'ingénierie à l'Université de l'Arkansas, a découvert un mécanisme qui contrôle la formation et la fonction de nanocristaux en forme de plaque qui jouent un rôle essentiel dans la composition osseuse.

La découverte des chercheurs, publié dans le numéro de mai 2017 de Biomatériaux , fait avancer le domaine de l'ingénierie tissulaire et pourrait conduire à la création d'un biomatériau produit synthétiquement pour remplacer les os.

Arun Naïr, professeur assistant en génie mécanique, contribué au projet en générant des modèles informatiques à l'échelle nanométrique. Un nanomètre correspond à peu près à la largeur de deux atomes de silicium. Les simulations ont été effectuées au centre de calcul haute performance de l'Université de l'Université de l'Arkansas. Pour prédire les propriétés mécaniques, Nair s'est appuyé sur la théorie de la fonctionnelle de la densité, une méthode de modélisation de la mécanique quantique utilisée pour comprendre la structure des atomes, molécules et autres processus biologiques.

"Cette recherche suggère, pour la première fois, qu'un substitut chimique, en l'absence de protéines ou d'autres substances organiques, affecte la morphologie des cristallites du minéral osseux, " dit Nair. " Ce sont des cristallites de taille nanométrique, mais reste, la découverte fournit une bien meilleure compréhension des processus qui contrôlent la taille et la forme des particules qui composent l'os."

L'os est composé de protéines de collagène et de minéraux sous forme de nanocristaux en forme de plaque. Des recherches antérieures ont montré que les cristallites minéraux jouent un rôle essentiel dans le bon fonctionnement et la physiologie des os. Leur taille nanométrique les rend presque sans défaut, qui contribue à la solidité des os. Bien que les chercheurs sachent que la taille et la morphologie des nanocristaux sont essentielles au bon fonctionnement mécanique et physiologique de l'os, le mécanisme qui contrôle ces propriétés n'est pas clair.

Imiter les processus biochimiques, les chercheurs ont synthétisé des nanocristaux d'apatite avec du carbonate. L'apatite est un groupe de minéraux phosphatés. Les nanocristaux présentaient des morphologies similaires à celles observées dans le minéral osseux naturel. Les modèles atomistiques de Nair des nanocristaux d'apatite ont aidé l'équipe de recherche à mieux comprendre les propriétés mécaniques des cristaux d'apatite.