ENGINEERINGNET.BE - Ongeveer een derde van alle eiwitten in het menselijk lichaam is collageen. Het zorgt voor de mechanische integriteit van alle menselijke bindweefsels.
Aangezien collageen wordt gevormd in de waterige omgeving van menselijke cellen, is het logisch dat water een cruciale rol speelt bij de assemblage.
Toch is dit verband nooit erg serieus onderzocht, aldus dr. Giulia Giubertoni van de Nederlandse Universiteit Amsterdam. Daarom besloot zij om samen met haar collega prof. dr. Sander Woutersen en prof. dr. Gijsje Koenderink van TU Delft water te vervangen door het zwaardere tweelingmolecuul D2O.
Dit molecuul bevat deuterium op de plaats van de waterstofatomen. Het enige verschil is dat deuterium een extra neutron in zijn kern heeft.
D2O is zo een natuurlijke vervanger van gewoon water. Maar bij interactie met eiwitten is D2O minder invloedrijk dan H2O. Dit komt doordat onderlinge bindingen tussen D2O-moleculen sterker zijn dan bij H2O-moleculen. Daardoor verzwakt de interactie met eiwitten zoals collageen.
Uit hun onderzoek bleek dat het gebruik van zwaar water de collageenvorming wel tien keer kan versnellen, wat leidt tot een minder homogeen, slapper en minder stabiel netwerk van collageenvezels.
De verklaring is dat het voor het collageeneiwit bij de verminderde interactie met zwaar water gemakkelijker is om de D2O-moleculen van zich af te schudden en zichzelf te reorganiseren.
Dit versnelt de vorming van het collageennetwerk, maar resulteert ook in een slordiger, suboptimaal collageennetwerk. Water fungeert dus als een soort bemiddelaar tussen collageenmoleculen, die de assemblage vertraagt en zo de functionaliteit van levende weefsels garandeert.
Deze ontdekking biedt mogelijkheden voor het maken van nieuwe materialen op basis van collageen. Daarbij zijn de macroscopische eigenschappen wellicht in te stellen via subtiele variaties in de samenstelling van het oplosmiddel, zonder grote veranderingen aan te brengen in de chemische structuur van de moleculaire bouwstenen.
In toekomstig onderzoek kan ook gekeken worden naar de rol van water bij assemblage van andere eiwitten die zich ook in grotere structuren assembleren. Giubertoni gaat verder bestuderen hoe defecten in collageeneiwitten de interactie met water beïnvloeden, en welke rol dit speelt bij collageenziekten.
Partners in dit onderzoek zijn onder meer het Max Planck Institute for Polymer Research in Duitsland en het Institute of Science and Technology Austria.
