Kollagen i bruskvæv opfører sig som flydende krystaller på en smartphone-skærm

Brusk i vores led indeholder kollagen, som opfører sig lidt som de flydende krystaller på en smartphones skærm, ifølge forskere ved Queen Mary University of London (QMUL).

Kollagenet ændrer sin krystallinitet som reaktion på fysiske kræfter, så det ordnede arrangement i kollagenmolekylerne i brusken i vores knæ kan skifte fra en strukturel tilstand til en anden for hvert skridt, vi tager.

Resultaterne, offentliggjort i tidsskriftet ACS Nano , kaste nyt lys over, hvordan brusk er i stand til at modstå leddets krævende mekaniske miljø og kan i sidste ende være med til at forklare, hvorfor brusk nedbrydes ved aldring eller gigt.

Dr. Himadri Gupta, fra QMUL's School of Engineering and Materials Science, sagde:"Smerter og nedsat mobilitet på grund af ledsygdomme påvirker i øjeblikket over 8 millioner mennesker i Storbritannien, størstedelen af ​​disse er over 65 år. Med stigende levetid, Det er ekstremt vigtigt at forstå, hvordan man sikrer sund aldring."

Medforfatter, Professor Martin Knight, tilføjede:"Reaktionen af ​​kollagen på fysiske kræfter er afgørende for bruskfunktionen i vores led, og derfor kan forståelsen af ​​denne adfærd hjælpe os med at udvikle nye strategier til at forhindre brusknedbrydning."

Ledbrusk beklæder enden af ​​vores knogler og hjælper vores led med at bevæge sig med minimal friktion. Det beskytter også knoglerne ved at dæmpe kræfterne i vores led, når vi går, løb eller hop.

Men ved smertefulde lidelser som slidgigt, brusken bliver mindre modstandsdygtig og nedbrydes, hvilket fører til ledsmerter og ubevægelighed.

Ved hjælp af en speciel, intens røntgenstråle fra Small Angle Scattering and Diffraction beamline (I22) ved Diamond Light Source, Ph.d.-studerende Sheetal Inamdar målte, hvordan kollagenfibrillerne, som er mere end hundrede gange smallere end et menneskehår, deformerer og ændrer deres krystallinitet, når brusk gentagne gange klemmes og får lov til at komme sig med kræfter svarende til dem, der frembringes ved at gå eller løbe.

Fibrillerne menes at fungere som et fastholdende net, holder et gelélignende materiale sammensat af proteoglycaner, som hjælper med at gøre brusken modstandsdygtig over for gentagen kompression.

Forskerne fandt ud af, at fibrillerne viser en pludselig reversibel ændring i deres krystallinske orden kort tid efter, at brusken blev komprimeret, og at denne ændring skyldes en intern omlejring af molekyler inde i fibrillen.

Denne tidligere usete adfærd af kollagenfibrene blev fuldstændig ændret, når vævet nedbrydes, som det sker ved slidgigt.

Forskerne søger nu at forstå effekten af ​​gentagne aktiviteter og skader i aldrende brusk, og konsekvenserne for brusksundheden, støttet af ny finansiering fra UK Biotechnology and Biological Research Council.