نجح باحثون في روسيا في إعداد أول خريطة ملونة توضح توزيع واتجاه البلورات داخل العظام ، في إنجاز علمي يساعد على فهم الخصائص الميكانيكية للعظام بصورة أدق، ويمهد لتطوير جيل جديد من زراعات العظام والهياكل العظمية الاصطناعية.
وأوضحت وزارة العلوم والتعليم العالي الروسية، في تصريحات نقلتها وكالة تاس، أن هذا البحث يمثل خطوة مهمة في دراسة البنية الداخلية للعظام وتحسين التقنيات المستخدمة في الطب الحيوي.
توزيع بلورات الأباتيت داخل العظام ( مصدر الصورة: Freepik )
تطوير أول خريطة ملونة لبلورات العظام
تمكن الباحث أرتيوم بيبكو، من مختبر الجيولوجيا الزمنية والجيو ديناميكا بكلية الجيولوجيا والجغرافيا في جامعة تومسك الحكومية، من تطوير طريقة جديدة لرسم خريطة ملونة توضح اتجاه بلورات الأباتيت داخل النسيج العظمي للفئران.
وجرى تنفيذ الدراسة بالتعاون مع باحثين من كندا والمجر، حيث استخدم الفريق تقنية المجهر الإلكتروني النافذ لدراسة ترتيب البلورات داخل العظام.
وأظهرت النتائج أن البلورات المتجاورة قد تكون متقاربة جدًا في اتجاهها، بينما قد يصل الاختلاف في اتجاه بعضها إلى نحو 50 درجة.
كيف تؤثر البلورات في قوة العظام؟
تتكون العظام طبيعيا من بروتين الكولاجين وبلورات الأباتيت المعدنية، ويحدد اتجاه هذه البلورات إلى حد كبير الخصائص الميكانيكية للعظام، مثل القوة والمرونة ومقاومة الصدمات.
وباستخدام المجهر الإلكتروني وتقنيات الترميز اللوني، استطاع العلماء لأول مرة تصوير اتجاه البلورات بصريا، واكتشفوا أن بعض المناطق تحتوي على بلورات متوازية تقريبا، بينما تختلف اتجاهات البلورات في مناطق أخرى بعشرات الدرجات.
ويرى الباحثون أن هذا التنوع في ترتيب البلورات يمنح العظام توازنا بين الصلابة والقدرة على امتصاص الصدمات، بما يتناسب مع وظائفها الحيوية.
تقنية جديدة تعتمد على حيود الإلكترونات
اعتمد الفريق البحثي على تقنية حيود الإلكترونات، ثم استخدم ألوانا مختلفة لتمييز اتجاهات البلورات، مما أتاح إنتاج أول خرائط ملونة توضح توزيع واتجاه بلورات الأباتيت داخل الصفائح العظمية بصورة مباشرة.
ويمثل هذا الإنجاز أول تصور بصري دقيق للبنية البلورية داخل الأنسجة العظمية.
اكتشافات جديدة حول البنية المعدنية للعظام
وأوضح الباحث أرتيوم بيبكو أن الدراسة أكدت الفرضية التي تشير إلى أن الصفائح المعدنية داخل العظام تمتلك بنية فسيفسائية، خلافا للاعتقاد السائد بأنها تمتد في اتجاه واحد موازٍ لألياف الكولاجين.
وأضاف أن الفريق تمكن من تحديد الخصائص البلورية لهذه الصفائح، والأهم من ذلك قياس الطول الحقيقي لبلورات الأباتيت، والذي يبلغ نحو 25 نانومترا، وهو قياس لم يكن من الممكن تحديده بدقة في الدراسات السابقة.
وأشار إلى أن هذه النتائج تفتح آفاقا جديدة لدراسة البنية الدقيقة للعظام وفهم خصائصها بصورة أفضل.
تطبيقات مستقبلية في الطب والهندسة الحيوية
يساعد هذا الإنجاز العلمي على تعميق فهم التركيب الداخلي للعظام وخصائصها الميكانيكية الفريدة، كما يمكن أن يسهم مستقبلا في تطوير زراعات عظمية أكثر كفاءة، وتصميم هياكل عظمية اصطناعية تحاكي البنية الطبيعية للعظام بدرجة أعلى من الدقة.
وقد نُشرت نتائج الدراسة في مجلة Microscopy and Microanalysis، المصنفة ضمن الفئة الأولى (Q1) في قاعدة بيانات Web of Science.