Trois variations de la structure osseuse observées par MET et les modèles de diffraction d'électrons correspondants. Crédit :N. Reznikov et al., Science (2018)
Les scientifiques ont produit une reconstruction à l'échelle nanométrique en 3D de la structure minérale de l'os.
L'os se comporte aussi bien chez un guépard en accélération que chez un éléphant lourd, grâce à sa ténacité et sa force.
Les propriétés de l'os peuvent être attribuées à son organisation hiérarchique, où les petits éléments forment des structures plus grandes.
Cependant, l'organisation et la relation à l'échelle nanométrique entre les principaux composants de l'os – minéraux et protéines – n'ont pas été entièrement comprises.
En utilisant l'imagerie nanométrique 3D avancée du minéral dans l'os humain, des équipes de recherche de l'Université de York et de l'Imperial College de Londres ont montré que les cristaux minéraux des os ont une structure hiérarchique intégrée dans la constitution à plus grande échelle du squelette.
Les chercheurs ont combiné un certain nombre de techniques avancées basées sur la microscopie électronique, et a découvert que les principaux éléments constitutifs du minéral à l'échelle nanométrique sont des nanocristaux incurvés en forme d'aiguille qui forment de plus grandes plaquettes torsadées qui ressemblent à des pales d'hélice.
Les lames fusionnent et se séparent en continu tout au long de la phase protéique de l'os. Le minéral et la protéine entrelacés forment des réseaux continus pour fournir la force essentielle aux os fonctionnels.
Tomogramme STEM reconstruit et rendu dans différentes projections d'un spécimen fraisé au FIB d'os lamellaire humain mature. Crédit :N. Reznikov et al., Science (2018)
Auteur principal, Professeur agrégé Roland Kröger, du Département de physique de l'Université de York, a déclaré : « L'os est un composite intrigant composé essentiellement de deux matériaux, le collagène protéique flexible et le minéral dur appelé apatite".
« Il y a beaucoup de discussions sur la façon dont ces deux phases rigides et flexibles se combinent de manière unique pour fournir de la ténacité et de la résistance aux os.
"La combinaison des deux matériaux de manière hiérarchique confère à l'os des propriétés mécaniques supérieures à celles de ses composants individuels seuls et nous constatons qu'il existe 12 niveaux de hiérarchie dans l'os."
Dr Natalie Reznikov, anciennement de l'Imperial College, Londres et un auteur sur le papier, dit :« Si nous comparons cet arrangement, par exemple, à un particulier habitant une pièce d'une maison, cela s'étend à une maison dans une rue, puis la rue d'un quartier, un quartier dans une ville, un pays et ainsi de suite. Si vous continuez jusqu'à 12 niveaux, vous atteignez la taille d'une galaxie ! "
Professeur Molly Stevens, du Collège impérial, Londres, a ajouté:"Ce travail s'appuie sur les épaules de nombreuses belles études antérieures sur les propriétés fondamentales et la structure de l'os et aide à débloquer une pièce manquante importante du puzzle."
