اسرار استحکام استخوان‌ های بدن انسان کشف شد

[bahare_021]

پژوهشگران ام.آی.تی با شبیه‌سازی رایانه‌ای ساختار مولکولی استخوان‌ها به این نتیجه رسیده‌اند که فیبرهای استخوانی، زوج عجیب و غریبی از پروتئین چسبناک کلاژن و مواد معدنی بلوری است.
همانند بهترین سیاستمداران، استخوان‌ها از یک سو محکم و از سوی دیگر اندکی انعطاف‌پذیرند.

دلیل این امر آن است که استخوان‌ها از ماده‌ای نرم و ژل‌مانند (کلاژن)، همراه با ماده‌ای مقاوم و خشک (هیدروکسید کلسیم معدنی) ساخته شده‌اند.

اکنون، گروهی از مهندسان می‌گویند موفق شده‌اند تا جزئیات این تعادل را کشف کنند، و نشان دهند که ساختار مولکولی فیبرهای استخوانی چگونه به آنها کمک می‌کند تا از بهترین مزایای هر کدام از این ترکیبات استفاده نمایند.
فیبرهای کلاژن که توسط بلورهای هیدروکسید کلسیم تقویت می‌شوند، واحدهای اصلی سازنده استخوان هستند. آنها در گونه‌های مختلف جانوری یافت می‌شوند، و اثر خود در استخوان‌های اسکلت، دندان‌ها و شاخ‌های جانوران نشان می‌دهند.
با استفاده از یک ابررایانه، مهندسان ام.آی.تی (انستیتو فناوری ماساچوست) حساب کردند که این فیبرها در مقیاس اتمی شبیه چه چیزی هستند. آنها فیبرهای خود را با داده‌های مطالعات قبلی استخوان‌های واقعی مقایسه کردند، تا بررسی کنند که مدل رایانه‌ای آنها تا چه اندازه دقیق است.

سپس به ازای ترکیب سطوح مختلف کلاژن در مقابل هیدروکسید کلسیم آزمایشاتی را بر روی فیبرهای مجازی خود اجرا کردند، تا نحوه واکنش آنها را در مقابل فشار و کشش بررسی کنند.

بر اساس کشفیات آنان، هیدروکسید کلسیم در فیبرهای استخوانی احتمالا پلاکت‌های ریزی را شکل می‌دهد که تنها چند نانومتر ضخامت دارد. اگرچه قطعات بزرگ هیدروکسید کلسیم همانند گچ ترد و شکننده هستند، اما در چنین ابعاد کوچکی این مواد معدنی در واقع نرم و شکل‌پذیرند.

این محققان همچنین کشف کردند که در تست‌های تنش، بخش معدنی فیبرها چهار برابر پروتئین‌های کلاژن فشار را تحمل می‌کند؛ در حالی‌که خمش تقریبا فقط در کلاژن رخ می‌دهد.
سرپرست گروه تحقیقاتی، مارک بوهلر می‌گوید که انجام چنین آزمایشات رایانه‌ای حتی چند سال قبل نیز غیرممکن بود؛ و مدل‌سازی ساختار مولکولی فیبرهای استخوانی بر روی یک ابررایانه سال‌ها زمان می‌برد. اما با استفاده از ابررایانه‌های جدید، محاسبات مربوط به این تحقیق تنها چند ماه طول کشید.
اکنون بوهر امیدوار است که بتواند برای پروژه‌های مهندسی مختلف، فیبرهای استخوانی را در آزمایشگاه بازتولید کند. نتایج کار ابررایانه‌ای آنها در شماره اخیر مجله Nature Communicationsمنتشر شده است.