Учёные из Томска, Иркутска и Канады впервые описали, как остеопороз на ранней стадии меняет кость на уровне кристаллов. На бедренных костях крыс они показали: при заболевании нарушается ориентация минеральных пластин апатита — из‑за этого кость теряет прочность и становится хрупкой. Исследование химического состава образцов проводилось на базе Центра коллективного пользования Томского государственного университета. Открытие станет полезно при разработке биоподобных имплантатов и для развития фундаментальной минералогии.
Исследование проводилось в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (проект № FSWM-2025-0015).
Результаты исследования опубликованы в журнале Crystals (Q2)
— Кость — это природный композитный материал, который состоит преимущественно из белка (коллагена) и кристаллов апатита (минерала класса фосфатов), — поясняет младший научный сотрудник лаборатории геохронологии и геодинамики геолого-географического факультета ТГУ Артём Бибко. — Такое заболевание, как остеопороз, заметно влияет на структуру кости, что приводит к изменению ее механических свойств. Мы рассмотрели изменения апатита в костной ткани при остеопорозе как с точки зрения химического состава костного минерала, так и с точки зрения ультраструктуры костной ткани.
В эксперименте участвовали 12 крыс породы Вистар. У шести животных был смоделирован остеопороз.
— Мы изучили бедренные кости здоровых и больных остеопорозом крыс. При помощи инфракрасной спектроскопии и рентгеноспектрального микроанализа нам удалось зафиксировать изменения в химическом составе костного апатита, а именно изменение содержания карбонат-иона (CO32-). С помощью просвечивающей электронной микроскопии мы зафиксировали изменение ориентации кристаллов костного апатита при начале остеопороза, — рассказывает Артём Бибко.
По словам Артёма, при остеопорозе ориентация кристаллов меняется, исчезает мозаичная структура пластин апатита. Это неизбежно будет приводить к изменению механических свойств всей кости — главному симптому остеопороза.
— Мы предполагаем, что в нарушении ультраструктуры кости виноваты остеобласты — клетки-строители, которые собирают кость, — добавляет Артём Бибко. — Системное нарушение работы этих клеток приводит к неправильному формированию костной ткани. Ранее подобные минералогические исследования костной ткани, подверженной остеопорозу, никто не делал. Эти фундаментальные знания о заболевании помогут лучше понимать его природу, а значит, помочь эффективно решить проблему.
Ученые планируют исследовать разные зоны кости. На основе полученных данных об ультраструктуре кости и химическом составе апатита станет возможно создать подробную схему костной ткани, на основе которой впоследствии разработать биоподобные имплантаты. Результаты исследования также могут быть интересны с точки зрения фундаментальной минералогии и при изучении методик кристаллографии.
В проекте участвуют младший научный сотрудник лаборатории геохронологии и геодинамики ГГФ ТГУ Артём Бибко, доцент кафедры минералогии и геохимии ГГФ ТГУ Оксана Бухарова, заведующий кафедрой минералогии и геохимии ГГФ ТГУ Дмитрий Лычагин, учёный Института геохимии им. Виноградова СО РАН (Иркутск) Роман Шендрик, учёный Университета Макмастера (Канада) Генри Шварц и сотрудник лаборатории экспериментальной хирургии Сибирского государственного медицинского университета Евгений Коструб.
Напомним, что учёные химического факультета Томского госуниверситета совместно с коллегами из Технологического университета имени Шарифа (Иран) разрабатывают новый подход для лечения сложных случаев остеопороза. Они уже разработали многослойный биоматериал, который закроет дефект костной ткани и остановит развитие заболевания. Исследования поддержаны международным грантом РНФ.
Источник: пресс-служба ТГУ