做骨头不像以前想象的那么困难

　　骨形成的方式可能需要重新定义。这是由Radboud大学医学中心的研究人员和他们的同事在《自然通讯》发表的研究文章。结果表明，骨形成根本不需要胶原蛋白中复杂的生物大分子。这意味着骨替代物和生物材料的生产并不像以前想象的那么复杂。
　　骨头很重要。它们类似肌肉的脚手架，使我们能够移动。它们保护易受伤害的器官，如大脑和肺部，并容纳产生血液和免疫系统的干细胞。没有骨头，人就不可能存在。尽管骨看起来是非常简单的东西，主要由胶原蛋白和磷酸钙混合而成。
　　策划生物分子？
　　十年前，NicoSommerdijk在＂自然材料＂杂志上发表了一篇文章，他和他的同事们在文章中证明，除了胶原蛋白(一长串结缔组织)和一小片磷酸钙，什么都不需要。
　　＂胶原蛋白中的晶体实际上是如何发展成小板块，然后排列成叠瓦状的，人们对此一无所知。人们普遍接受的观点是，胶原蛋白中的生物活性分子将晶体串在一起，形成三纳米厚、二十纳米宽和六十五纳米长的平板。纳米是十亿分之一米。＂Nico Sommerdijk，Radboud大学医学中心生物化学研究员说道。
　　十年前，不可能以如此小的规模来描述这些过程。但是Sommerdijk很快就对他所在领域所接受的想法产生了怀疑。Sommerdijk：＂当我们用其他矿物质替代磷酸钙时，也产生了同样的小板块。生物活性分子具有很强的选择性，这立刻让我们对流行的观点产生了质疑。＂接下来的是一项反对这个机构的科学的西番莲任务，十年后的今天，这一任务在他看来是对他有利的，相关研究发表在近期的《自然通讯》杂志上。
　　逆潮
　　Sommerdijk挑战的第一件事是把结晶的盘子堆成＂一副扑克牌＂的想法。利用电子显微镜，他记录了大约100张不同角度下骨骼的二维图像，从而产生了三维图像(3D)，显示出完全不同的东西。虽然这些盘子都是沿着胶原蛋白的纵向排列的，但它们并不像扑克牌一样整齐地叠在一起。不断可以看到的新板块以不同的角度互相碰撞。
　　与2006年首次报告胶原结构的专家和一位研究受限空间结晶的专家一起，对胶原蛋白的功能进行了细致的研究。胶原蛋白在长度方向上有狭窄的空洞，被磷酸钙浸润，然后开始结晶。Sommerdijk说：＂这不是在胶原蛋白生物活性分子的指导下发生的，而是一个由物理化学定律主导的盲目过程。＂从长度方向结晶的磷酸钙具有选择优势，正是因为这些狭窄的胶原腔。因此，最初在这种腔内形成的只是非常薄的针头。然后，这种针头长出一小片磷酸钙，把周围的胶原蛋白推开。
　　骨形成的基础
　　不可能密切监测人的骨生长过程。Sommerdijk与Radboud大学医学中心的细胞生物学家AnatAkiva密切合作，他一直在使用一种模型，可以在生物体之外模拟骨骼生长。这使他能够看到这个过程是逐渐发生的。最后的结果与他在手术后经常使用的人体骨材料中所发现的相似。＂因此，这使我们能够逐渐为我们的骨头的形成方式以及它们如何生长和硬化提供新的论据。＂
　　Akiva声称，从实际角度来看，这一基础研究也有其后果。＂如果晶体的生长不需要在具有极其复杂和珍贵的生物分子的基质中进行，也可以简单地在由廉价聚合物制成的通道中进行，这将大大简化生物材料和骨替代物的制造过程。如果我们能够做到这一点而不必牺牲这些材料的性能，这意味着我们的结果对病人也是有价值的。＂
　　资料来源：
　　Radboud University Medical Center
　　更多信息： Nature Communications
　　doi.org/10.1038/s41467-020-18846-2