骨生长的原子间原子爆发

来自瑞典查尔姆斯理工大学的研究人员发现了我们的骨骼如何在原子水平上生长，展示了一个非结构化的物质如何将自身命令成一个完美排列的骨骼结构。该发现提供了新的见解，可以产生改进的新植入物，以及增加我们对骨质疏松症等骨疾病的认识。

我们体内的骨骼经历了几个阶段，原子和分子连接在一起，而那些更大的团体依次连接在一起。生长过程的一个早期阶段是磷酸钙分子结晶，这意味着它们从无定形物质转变为有序结构。这种转变的许多阶段以前都是一个谜，但现在，通过一个模仿我们的骨骼如何建立的项目，研究人员已经能够在原子水平上遵循这个结晶过程。他们的研究结果现已发表在Nature Communications的科学期刊上。

“这个项目的一个奇妙之处在于它展示了应用和基础研究如何齐头并进。我们的项目最初专注于人造生物材料的创建，但该材料被证明是研究骨骼构建过程的一个很好的工具。我们首先通过创建一个人工副本来模仿自然。然后，我们使用该副本回去研究自然，“Chalmers材料化学教授，研究负责人Martin Andersson说。

研究人员正在开发一种通过增材制造或3D打印制作人造骨的方法。生成的结构以相同的方式构建，具有与真实骨骼相同的属性。一旦完全开发，它将能够形成自然植入物，这可以取代目前使用的金属和塑料技术。当团队开始模仿天然骨组织功能时，他们发现他们创造了在与生物组织环境非常相似的环境中研究这种现象的可能性。

该团队的人造骨质物质模仿真骨生长的方式。骨架中最小的结构构建块是由蛋白质胶原组成的一组串。为了矿化这些细绳，细胞会发出称为囊泡的球形颗粒，其中含有磷酸钙。这些囊泡将磷酸钙释放到胶原蛋白串之间的狭窄空间中。在那里，磷酸钙开始从无定形物质转变为有序的晶体结构，这产生了骨骼的特征，即对冲击和弯曲具有显着的抵抗力。

研究人员在电子显微镜的帮助下进行了这一循环，现在在他们的论文中展示了它是如何在原子水平上发生的。尽管骨结晶在生物环境中自然发生，但它不是生物过程。相反，磷酸钙的内在物理特性决定了它是如何结晶和建立的，遵循热力学定律。分子被吸引到能量水平最低的地方，这导致它将自身构建成完美结晶的结构。

“在透射电子显微镜中，我们可以跟随材料如何将自身转变为有序结构的阶段。这使得它能够实现尽可能低的能量水平，从而实现更稳定的状态，“Martin Andersson研究小组的研究员Antiope Lotsari博士说，他进行了电子显微镜实验。

Chalmers的研究人员是第一个以高分辨率显示骨骼结晶时会发生什么的研究人员。结果可能会影响许多常见骨相关疾病的治疗方式。

“我们的结果对骨质疏松症等骨病的治疗具有重要意义，骨质疏松症今天是一种常见疾病，尤其是老年妇女。骨质疏松症是指骨骼分解和重新形成的速度之间存在不平衡，这是身体的自然过程，“Martin Andersson说。

目前通过影响这种不平衡而起作用的骨质疏松症药物可以通过这种新知识得到改善。希望更精确，我们将能够评估当前药物的利弊，并尝试不同的物质来检查它们如何阻碍或刺激骨骼生长。