Раскрыт секрет прочности костной ткани

Ученые из института Макса Планка исследовали строение костей на наноуровне и выяснили, в чем кроется причина их необычайной прочности и устойчивости к деформациям.

Костная ткань наполовину состоит из растяжимых белковых волокон коллагена, другую половину составляют хрупкие минеральные частицы - апатиты. В основе строения костной ткани лежит иерархичное расположение органических и неорганических молекул от наноуровня (следующего за молекулярным уровнем) до микроуровня. На каждом из этих уровней костная ткань состоит из твердых частиц, скрепленных между собой мягкими слоями. Такая составная структура образует единую твердую частицу для следующего уровня и т. д.

Ученые из института Макса Планка использовали интенсивное рентгеновское излучение, генерируемое синхротроном European Synchrotron Radiation Facility (ESRF, Гренобль, Франция), для получения дифракционного изображения смещения молекул и супермолекул костной ткани, возникающее в результате деформации.

Оказалось, что иерархичное строение костной ткани приводит к иерархичному распределению деформации. Большая часть внешнего воздействия компенсируется мягкими слоями, и лишь пятая часть внешней деформации приходится на твердые минеральные частицы. Таким образом, хрупкая апатитная составляющая костной ткани ограждается от чрезмерных нагрузок.

Ученые обратили внимание, что небольшие кристаллики апатита придают костям большую прочность, чем более крупные частицы, которые могут содержать внутренние дефекты. В нанотехнологиях этот эффект известен давно, но впервые ученые наблюдали его в биоматериале.

Исследователи надеются, что результаты их работы будут использованы для профилактики заболеваний костной ткани, таких как остеопороз.