Ultrastructure osseuse étudiée à l'aide de techniques d'imagerie corrélatives à l'échelle nanométrique

Dans cet article publié dans la revue Advanced Functional Materials , les auteurs étudient les premières étapes de la minéralisation des matériaux à base de collagène de type I et constatent que le minéral se propage entre et à travers les fibrilles de collagène, formant des unités discrètes appelées sphérolites. Ces sphérolites sont composés d'une multitude de minuscules cristaux d'apatite répartis en couches courbées, suivant la structure protéique du collagène. Ces sphérolites poussent radialement et longitudinalement jusqu'à imbrication (entraînant la minéralisation complète de l'architecture collagénique) et sont responsables du motif lacunaire caractéristique observé en coupe transversale dans les tissus calcifiés matures. La même ultrastructure est observée dans différents types d'os, ce qui amène les auteurs à proposer un mécanisme de minéralisation homologue pour les matériaux à base de collagène de type I.

Dans cette étude, l'imagerie corrélative à l'échelle nanométrique a été utilisée, notamment :

  • Microscopie électronique à balayage environnementale (ESEM) utilisant un FEI Quanta.
  • Imagerie 3D par microscopie électronique à balayage à faisceau d'ions focalisés (FIB-SEM) et préparation de lamelles FIB à l'aide d'un Zeiss Crossbeam 540.
  • Microscopie électronique à balayage/transmission (S/TEM) et STEM-EDS (spectroscopie des rayons X à dispersion d'énergie) utilisant un Jeol JEM-ARM200.
  • Dragonfly utilisé pour le dé-striping et l'enregistrement d'images MEB, ainsi que pour la segmentation et la visualisation par apprentissage profond.

Selon l'auteure principale Elena Macías-Sánchez : " Dragonfly Cet outil s'est avéré très utile pour segmenter la topographie complexe des sphérulites minérales. La complexité de ces structures les rend presque impossibles à segmenter manuellement, et les outils d'apprentissage profond ont fait toute la différence par rapport aux autres logiciels.

 

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Publication

Macías‐Sánchez, E., Tarakina, NV, Ivanov, D., Blouin, S., Berzlanovich, AM et Fratzl, P. La croissance de cristaux sphérolitiques détermine les motifs de dépôt minéral dans les matériaux à base de collagène. Advanced Functional Materials , 2022 ( https://doi.org/10.1002/adfm.202200504 )

Centre de recherche

Institut Max Planck des colloïdes et interfaces - Biomatériaux
( https://www.mpikg.mpg.de/biomaterials )

Mots-clés : Minéralisation osseuse, minéralisation du collagène, ultrastructure, microscopie électronique 3D, microscopie électronique à transmission

Images

Reconstruction FIB-SEM montrant comment la sphérulite minérale (jaune) imprègne plusieurs fibrilles de collagène (multicolores).