The synergic role of collagen and citrate in stabilizing amorphous
calcium phosphate precursors with platy morphology
J.M. Delgado-López, F. Bertolotti, J. Lyngsø, J.S. Pedersen, A. Cervellino, N. Masciocchi, A. Guagliardi
Il meccanismo di mineralizzazione di fibre di collagene, che sovraintende alla formazione del nostro tessuto osseo, presenta ancora molti aspetti da chiarire, nel suo complesso e, nello specifico, riguardo alla azione delle componenti organiche (fibre di collagene, proteine non collagenose, piccole molecole) ed alla loro interazione reciproca e con la componente minerale. Il tessuto osseo è un composito con una complessa struttura gerarchica di cui le fibrille di collagene mineralizzato rappresentano il “building block” fondamentale. La componente minerale consiste di lamine nanoscopiche di fosfato di calcio che si depositano nelle zone inter- e intra-fibrille. Una migliore comprensione del processo che controlla la formazione della fase minerale alla scala molecolare è di fondamentale importanza per ingegnerizzare scaffolds da utilizzare per la riparazione/rigenerazione di questo tipo di tessuto. Due diversi processi di mineralizzazione sono essenzialmente studiati mediante esperimenti in vitro, basati su meccanismi di nucleazione classica e non-classica, rispettivamente. In quest’ultimo caso è emerso recentemente il ruolo di proteine non collagenose (riprodotte in vitro utilizzando polipeptidi ricchi in acidi carbossilici, come l’acido poli-aspartico) nella precipitazione di un precursore amorfo (in forma di particelle sferiche), capace di infiltrare le fibrille di collagene, da cui si origina il minerale, in forma di lamine. Recenti studi con tecniche NMR a stato solido, hanno inoltre mostrato che il citrato (una piccola molecola che costituisce una frazione non trascurabile, pari circa al 5.5% in peso, della componente organica dell’osso) controlla lo spessore delle lamine, ma il meccanismo attraverso cui questo avviene è ancora poco chiaro.
In questo lavoro abbiamo eseguito esperimenti di mineralizzazione di fibre di collagene in vitro in presenza di molecole di citrato, e studiato il ruolo combinato delle due componenti organiche (collagene e citrato). Utilizzando misure di sincrotrone in modalità X-ray wide angle scattering (effettuate presso la X04SA-MS beamline della Swiss Light Source), misure di small angle (SAXS) ed immagini
in microscopia a forza atomica (AFM), abbiamo caratterizzato il sistema di collagene mineralizzato e confrontato i risultati dell’analisi con quelli ottenuti su fibre di collagene non mineralizzate. I risultati principali di questo studio sono relativi all’effetto sinergico di collagene e citrato nell’indirizzare la precipitazione di un precursore amorfo di calcio fosfato (ACP) in forma di lamine, e di stabilizzarlo. Le immagini AFM sulle fibre mineralizzate mostrano anche che alcune delle nanoparticelle di ACP si depositano nelle zone nanoscopiche tra le fibre di collagene.
