Ligesom Wolverine, mennesker har brug for metal for at opretholde stærke knogler

Et internationalt team af forskere, ledet af University of Manchester, har brugt det britiske Diamond Light Source-anlæg (billedet ovenfor) til at afbilde den præcise placering og kemien bag væksten i knoglen for første gang. Deres forskning har givet frisk indsigt i, hvordan knogler vokser og udvikler sig, og hvordan sporene af metal fundet i knogler spiller en afgørende rolle i denne proces.

Holdet analyserede, hvordan pattedyrknogler vokser ved at studere skeletvæksten af ​​gnavere - og hvordan denne proces forbinder den almindelige mand og den fiktive superhelt Logan.

I modsætning til Wolverine fra X-Men, pattedyr har åbenbart ikke metalklør. Imidlertid, alle hvirveldyr, inklusive pattedyr er afhængige af små koncentrationer af spormetal i vores knogler for at kontrollere deres dannelse, vækst og reparation.

Wolverines skelet er lavet af den fiktive legering adamantium, der henviser til, at de spormetaller, der findes i menneskelige knogler, omfatter kobber, kalk, zink og strontium.

"Grunden til, at knogler skal kunne opbevare disse metaller er, at mange biologiske processer er afhængige af de mindste spor af kemiske grundstoffer som zink og strontium, " sagde Dr. Jennifer Anné. "Et godt eksempel på det er, hvad vi ser i vores muses udviklende skelet."

Processen, der er ansvarlig for udviklingen af ​​de fleste af knoglerne i kroppen (endokondral ossifikation) er lagdelt i forskellige aktivitetsområder fra midten af ​​den udviklende knogle til dens ekstremiteter. Disse områder kan forenklet placeres i tre kategorier:brusk, udskiftning og mineraliseret (ossificeret) knogle.

En tilsyneladende ligetil tre-trins proces, fra blød brusk til mineraliseret knogle, er faktisk en kompleks cocktail af væksthormoner og proteiner, som få fuldt ud forstår. Heldigvis, disse processer får lidt hjælp fra det periodiske system, der efterlader elementære fingeraftryk, som nu er blevet identificeret og læst af holdet.

Hovedforfatter Dr. Jennifer Anné forklarer, hvordan undersøgelse af disse fingeraftryk vil fortælle os mere om, hvordan knogler dannes:"Vi fandt ud af, at de forskellige trin, der opstår, når skelettet går fra brusk til knogle, blev fremhævet i det tilsvarende element, der er nødvendigt for, at disse processer kan finde sted. Du får at se et øjebliksbillede af disse processer, der foregår i hele lemmen; noget, der ikke er blevet afbildet før."

Selvom det er velkendt, at visse metaller kan hjælpe med knoglesundheden, det er første gang, at disse metalhjælpere er blevet afbildet rumligt, mens de væver deres knoglede stillads. Intens lyse røntgenstråler genereret af Diamond gjorde det muligt for holdet at producere detaljerede billeder af, hvor disse små metaller befandt sig i de bittesmå knogler i musens lem.

Medforfatter Dr. Nicholas Edwards fra University of Manchester sagde:"Vi fokuserer på sporstofferne frem for selve proteinerne på grund af metallernes bevaringspotentiale, hvilket betyder, at vi kan afbilde biologiske processer fra det nyere til det gamle."

Dette er ikke den eneste gang, holdet har brugt dette røntgenlys, som er 10 milliarder gange lysere end Solens, at visualisere kemien i knogler. Deres tidligere arbejde har set på den smukke bevarelse af biokemi i fossile organismer, hos fugle, dinosaurer, søkøer og planter op til 150 millioner år gamle. Resultaterne fra dette arbejde fremhæver ikke kun vigtigheden af ​​synkrotron-baseret billeddannelse, men antyder også de kommende muligheder.

Professor Fred Mosselmans, Science Leader på I18 beamline på Diamond, sagde: "Vi er stolte af at støtte en bred portefølje af knogleforskning på tværs af en række af vores beamlines, og dette er endnu et godt eksempel på, hvordan vi støtter tværfaglig forskning på Diamond. I18 giver forskere mulighed for at detektere og kvantificere elementer ved hjælp af en lille stråle af røntgenstråler. Teknikken er utrolig følsom, så hvor grundstoffer er til stede i små koncentrationer, vores beamline er stadig i stand til at detektere dem. Dette er nyttigt i materialevidenskab, kemi, Miljøvidenskab, såvel som biologi."

Forskergruppen skal scanne noget nyt fossilt materiale ved Stanford Synchrotron Radiation Lightsource i Californien til foråret. Forskningen på musen vil blive brugt til at hjælpe holdet med at identificere ossifikation og andre knogleprocesser såsom remodeling og bruskudskiftning i fossilregistret, fra fossile mus til dinosaurer.