Natuurkundigen verklaren unieke eigenschap van collageen

VU-natuurkundigen ontdekten dat collageenvezels supersterke netwerken vormen, als een soort visnetten, die de stevigheid garanderen, waardoor collageen bestand is tegen zeer hoge belasting.

Trefwoorden: #bindweefsel, #botten, #collageen, #huid, #Natuurkundigen, #pezen, #spieren

Lees verder

research

( Foto: VU )

ENGINEERINGNET.NL - Albert Licup, Abhinav Sharma en Misha Sheinman van de onderzoeksgroep van hoogleraar Fred MacKintosh deden het onderzoek samen met onderzoekers van Harvard en de Friedrich-Alexander-universiteit (FAU) in Erlangen (bij Nürnberg).

De onderzoekers hebben de mechanismen ontdekt die ervoor zorgen dat collageen mechanisch verstijft in reactie op externe stress. Het onderzoek is gepubliceerd in PNAS.

Collageen is het eiwit dat verantwoordelijk is voor een stevige huid. Het is het meest voorkomende eiwit in het menselijk lichaam en verantwoordelijk voor de stabiliteit van huid, pezen, spieren, botten en bindweefsel. Doordat collageen bij belasting stijver wordt, zijn menselijke weefsels bestand tegen interne en externe krachten.

Hoe hoger de belasting, hoe stijver het wordt; een ongewone en unieke eigenschap, want de meeste materialen worden juist steeds instabieler bij meer belasting. Deze bijzondere eigenschap is de reden waarom collageen ook veel gebruikt wordt voor commerciële doelen, bijvoorbeeld in kunstmatige hartkleppen.

De natuurkundigen van Vrije Universiteit Amsterdam, Harvard en FAU hebben nu deze eigenschap verklaard; een vraagstuk wat al decennia lang onderzoekers bezighield. De structuur van collageen lijkt op die van een touw. Drie ketens van collageen-moleculen draaien om elkaar heen en vormen zo een touw. Meerdere van dit soort touwen komen op hun beurt samen in nog sterkere vezels en uiteindelijk vormen die samen collageenvezels.

Collageen vormt allerlei netwerken van deze vezels. De losse netwerkvezels kunnen makkelijk gebogen worden, maar het is moeilijk ze uit te rekken. Onder toenemende belasting gedragen de netwerken zich alsof het visnetten zijn die steeds strakker worden aangetrokken.

De onderzoekers hebben ontdekt dat niet elke vezel evenveel belast wordt. De verhouding tussen de belasting van de vezels verandert bovendien continu en zo wordt de stabiliteit van het netwerk gegarandeerd. Het netwerk past zich aan aan de belasting van buitenaf en blijft stabiel, hoe strak het “visnet” ook wordt aangetrokken.

Dit principe kan in de toekomst toegepast worden om kunstmatige materialen te ontwerpen met diezelfde aanpassingsmogelijkheden.