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这篇《Nature Communications》重新定义了骨形成的方式。
Radboud大学医学中心的研究人员证明，骨形成根本不需要胶原蛋白中复杂的生物分子，骨替代品和生物材料的生产比以前想象的要简单许多。
尽管骨骼看起来很简单，主要由胶原蛋白和磷酸钙组成，却十分重要。它们构成了我们肌肉的支架材料，使我们能够活动。它们保护脆弱的器官，如大脑和肺，并调节产生血液和免疫系统的干细胞。没有骨头，人就不可能存在。
协调生物分子？
十年前，Nico Sommerdijk在Nature Materials上发表了一篇文章，其中他和他的同事证明，除了胶原蛋白（长链结缔组织）和细小的磷酸钙外，什么都不需要。
“我们对胶原蛋白中的晶体究竟是如何发育成小板子，然后自己排列成一个叠瓦状的结构一无所知。普遍接受的观点是，这种胶原蛋白中的生物活性分子将晶体串在一起，形成3纳米厚、20纳米宽、65纳米长的平板。”
十年前，还不可能在这么小的范围内描述这些过程。但是Sommerdijk很快就开始怀疑这个被他的领域所接受的想法。Sommerdijk说：“当我们用其他矿物质取代磷酸钙时，也会形成同样的小板子。生物活性分子具有很强的选择性，这使我们立即对流行的观点产生了质疑。“
逆水行舟
Sommerdijk挑战的第一件事是把结晶板叠成“一副牌”。他用电子显微镜记录了大约100个不同角度下的二维（2D）骨图像，结果显示出完全不同的三维图像（3D）。尽管这些板子都是沿着胶原蛋白的纵向排列的，但它们并不像扑克牌那样整齐地相互叠放。可以连续看到的新板块以不同的角度相互对峙。
与2006年首次报道胶原结构的专家和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。胶原在长度方向上似乎有狭窄的空腔，这些空腔被磷酸钙渗透，然后开始结晶。“这不是在胶原中生物活性分子的指导下发生的，而是一个受物理化学规律支配的随机过程，”Sommerdijk说。“在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空腔，最初在这样一个洞里产生的只是非常细的针头。然后，这个针头长成一小片磷酸钙，将周围的胶原蛋白赶走。”
骨形成的基础
我们不可能密切监测人类骨骼生长的过程。Sommerdijk与Radboud大学医学中心的细胞生物学家Anat Akiva密切合作，Akiva擅长使用一种可以在生物体外模拟骨骼生长的模型。这使他们能够看到这个过程逐渐发生。最后的结果与他在人类骨材料中发现的结果相似，“因此，我们逐渐为骨骼的形成方式，以及骨骼如何生长和硬化提供新的论证。”
Akiva声称，从实践角度来看，这项基础研究也有其后果。“如果晶体的生长不需要在含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品的制造过程。如果我们能够做到这一点而不必牺牲骨材料的性能，这意味着我们的结果对患者也将是有价值的。”
《Nature Communications》的文章彻底颠覆了骨骼形成的观念。但是，骨骼形成的过程比这更复杂，Sommerdijk声称：“骨不仅在胶原蛋白内部形成，而且在胶原蛋白外部形成。各种蛋白质似乎在这一过程中扮演着重要的角色。”
原文检索：Intermolecular channels direct crystal orientation in mineralized collagen
（生物通：伍松）
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