Kemik benzeri mineralleri daha iyi anlamayı öğrenmek

Kaliforniya Üniversitesi San Diego araştırma ekibi, dişlerimizin ve kemiklerimizin çoğunu oluşturan kalsiyum fosfat minerali olan hidroksiapatiti anlamanın ve stabilize etmenin daha iyi bir yolunu buldu. Ekip, kalsiyumu taklit eden nadir bir toprak elementi olan öropiyumu küçük miktarlarda ekleyerek, malzemeyi tıbbi görüntüleme için potansiyel olarak daha kullanışlı hale getirmenin bir yolunu keşfetti.

Hidroksiapatit, kemikte doğal olarak bulunan birincil mineral olduğundan, dişleri ve kemikleri güçlendirmeye yardımcı olmak için tıbbi malzemelerde halihazırda yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu çalışmada araştırmacılar, malzemenin biyogörüntüleme uygulamalarında daha kolay görülmesini sağlamak için europium’un ışık yayma özelliklerini tanıttı. Lüminesans hidroksiapatit, implante edilen materyallerin veya kemik rejenerasyon iskelelerinin invazif olmayan bir şekilde izlenmesine olanak tanıyarak araştırmacıların bunların vücutta nasıl davrandığını izlemesine yardımcı olabilir.

UC San Diego profesörü Olivia Graeve liderliğindeki ekip, evropiyumun hidroksiapatit yapısına nasıl uyduğunu ve görüntülemeyi geliştirebileceğini incelemek için bilgisayar simülasyonları kullandı. Bu simülasyonlar, Halıcıoğlu Veri Bilimi ve Bilgisayar Yüksekokulu’nun San Diego Süper Bilgisayar Merkezi’ndeki Expanse süper bilgisayarında, Ulusal Bilim Vakfı’nın (NSF) ACCESS programından alınan tahsis kullanılarak gerçekleştirildi.

Jacobs Mühendislik Okulu Makine ve Havacılık ve Uzay Mühendisliği Bölümü’nde Mühendislik Profesörü olan Graeve, “Yoğunluk fonksiyonel teorisi hesaplamaları, element ikamesinin malzemeler üzerindeki etkisini anlamada çok önemli bir rol oynarken, ikame bölgeleri ve konsantrasyonları üzerinde hassas kontrole izin verir” dedi. Graeve ayrıca UC San Diego’da Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Programının direktörü olarak görev yapmaktadır.

“SDSC’nin Expanse’ındaki NSF ACCESS tahsislerini kullanan simülasyonlarımız, belirli hidroksil grupları bir proton kaybedip oksit iyonları haline geldiğinde hidroksiapatitin yapısal olarak daha stabil hale geldiğini, yani kristal yapısının daha iyi korunduğunu gösterdi” diye devam etti. “Bu değişiklik, europiumun ekstra yükünü dengelemeye yardımcı oluyor ve malzemenin hidroksiapatitin yapısını daha iyi destekleyen kalsiyum bölgelerine yerleşme olasılığını artırıyor.”

Graeve, dergide yayınlanan bulguların Katı Hal Kimyası Dergisibilim adamlarının gelecekteki biyomedikal görüntüleme araçları için daha öngörülebilir kemik benzeri malzemeler tasarlamasına yardımcı olabilir. Sonuçlar aynı zamanda ekip tarafından yürütülen deneysel gözlemlerle de eşleştiğinden, çalışma araştırmacılara bilgisayar modelinin gerçek davranışı yansıttığı konusunda daha fazla güven veriyor.