Az Achilles-ín erejének titka
A Nature Materials orvosok, fizikusok és kémikusok közreműködésével készült tanulmánya feltárja, milyen struktúra biztosítja, hogy az emberi test legerősebb ina ugrás közben a testsúly tízszeresének megfelelő terhelést is képes elviselni. Az eredmény lehetséges alkalmazásai széles körűek.
Futás, sprintelés közben a láb minden mozdulata jelentős nyújtó erőt gyakorol a lábszár izmait a sarokcsonthoz rögzítő Achilles-ínra, ami testsúlyunk tízszeresének megfelelő terhelést is képes elviselni. Mint a Technical University of Munich (TUM) kutatásában részt vevő orvoscsapatot vezető Rainer Burgkart kifejti, mindennapos, hogy az ortopéd orvosok Achilles-ín sérüléssel jelentkezőket látnak el, mégis igen kevés az ín szövettani struktúrájával kapcsolatos tudásunk. Eddig nem ismertük azokat a biokémiai folyamatokat sem, amelyek az ín mikromechanikáját és mikrostruktúráját alakítják, és létrehozzák a csont és az ín közötti direkt interfészt.
A TUM újonnan alakult fehérjekutató központjának (Center for Functional Protein Assemblies) orvosokból, fizikusokból és kémikusokból álló, interdiszciplináris csapata most megfejtette az Achilles-ín titkát. Mint kiderült, az ín és a csont között egy igen vékony fehérjerostokból álló szövetréteg helyezkedik el, és ez biztosítja, hogy a tapadás a hirtelen földet érés kapcsán jelentkező óriási terhelést is képes elviselni, olyannyira, hogy túlterhelés esetén sokkal valószínűbb, hogy az ín elszakad, mintsem hogy elválna a csonttól.
Eddig azt hittük, hogy az ín és a csont között direkt összeköttetés van, teszi hozzá Andreas Bausch, az interdiszciplináris kutatócsapat biofizikus vezetője, azonban kiderült, hogy van egy átmeneti zóna, amelyben az ínszövet karakterisztikus biokémiai összetételű vékony rostokra bomlik. Ezek az óriási szakítószilárdságú vékony rostok horgonyozzák az ínt az egyenetlen csontfelszínhez.
A vizsgálat újdonsága az orvosi, fizikai és mérnöki eszközök együttes alkalmazása volt: az orvosok aprólékosan preparálták és fixálták a sertésből származó csont- és índarabokat, amelyeket multiscale mikroszkópos technológiával vizsgáltak (ezzel a technológiával a preparátumokról készített több tucat képet egyetlen nagy képpé lehetett olvasztani), és így láthatóvá váltak a vékony fehérjerostok is. A fénymikroszkópos vizsgálat mellett elektronmikroszkópiát is használtak. A következő lépésben fluoreszkáló antitestek alkalmazásával tárták fel, hogy a fehérjerostok biokémiai összetétele eltér az ínszövetétől, majd mozgás közbeni filmezés segítségével kiderítették, hogy különböző irányú terhelések esetén különböző rostok aktívak. Az interfész három dimenziós szerkezetét mikro komputer-tomográfiával tárták fel, az ín és az interfész fehérjéit pedig a továbbiakban szerves kémiai módszerekkel elemezték.
Az eredményeket az anyagtudományban és az orvoslásban egyaránt fel lehet használni, így pl. mérnökök innovatív kapcsolódásokat hozhatnak létre kemény és puha anyagok között, az ortopédsebészek pedig az inak implantátumokhoz kapcsolását oldhatják meg az interfész fehérjerostjait utánzó technológiával (The microstructure and micromechanics of the tendon-bone insertion, Nature Materials).
