コラーゲンは、細胞外マトリックス（ECM）の重要な成分であり、細胞に構造的サポートを提供する分子の複雑なネットワークです。骨では、ECMはカルシウムとリン酸で鉱化され、骨の硬度と耐性を与える骨の主要な鉱物成分であるヒドロキシアパタイトを形成します。
OrnlのKarthik Ramanが率いる研究チームは、中性子散乱と計算モデリングの組み合わせを使用して、コラーゲンの構造とダイナミクス、およびヒドロキシアパタイトとの相互作用を研究しました。中性子散乱は、分子レベルでの材料の構造と挙動を研究するための強力な手法です。中性子は電荷のない亜原子粒子であるため、損傷を引き起こすことなく材料を深く浸透させることができます。
実験により、鉱化プロセスには、階層構造を持つミネラルコラーゲン複合材の形成が含まれることが明らかになりました。複合材は、ミネラル結晶によって架橋されたコラーゲンフィブリルで構成されています。この構造は、骨に機械的な強さと柔軟性を提供します。
ラマンは、「中性子は、コラーゲン分子がどのように配置され、ミネラル結晶とどのように相互作用するかを見ることができるようになりました。この情報は、骨が機械的な力に耐え、損傷したときに自分自身を修復する方法を理解するために重要です。」
研究者は、鉱化プロセスが高度に規制されており、このプロセスの破壊が骨障害につながる可能性があることを発見しました。たとえば、骨粗鬆症では、骨密度の低下と骨の脆弱性の増加を特徴とする状態では、鉱化プロセスが損なわれます。
「私たちの調査結果は、鉱化プロセスを標的とすることは、骨疾患の予防と治療のための潜在的な治療戦略である可能性があることを示唆しています」とラマンは言いました。 「鉱化プロセスがどのように機能するかを理解することにより、健康な骨を維持し、骨折を防ぐことができる新しい治療を開発できます。」
この研究は、Nature Communications誌に掲載されています。
