Жировые молекулы в коллагене влияют на механику соединительной ткани

Изображение коллагеновых фибрилл (оранжевые, с поперечной полосатостью) с прилипшими жировыми молекулами (темные области), полученное с помощью атомно-силовой микроскопии. Автор: М. Денерт/Р. Магерле

Исследователи из Факультета естественных наук Хемницкого технологического университета обнаружили жировые молекулы в естественных коллагеновых фибриллах — основном компоненте соединительной ткани. Их исследование, опубликованное в журнале Soft Matter, показывает, как жиры влияют на механические свойства и содержание воды в коллагеновых фибриллах.

Коллагеновые фибриллы являются основными строительными блоками кожи, сухожилий, связок и костей. Они буквально «удерживают» наши тела вместе. Жиры и масла давно используются для смягчения и защиты кожи, которая состоит из молекул коллагена. Однако до сих пор не было известно, сколько именно жировых молекул содержится в естественных коллагеновых фибриллах.

Знание точного химического состава коллагеновых фибрилл важно для понимания биохимических процессов, связанных с ростом тканей, старением и заболеваниями. В химии различные молекулярные компоненты обычно разделяют для изучения свойств чистых веществ. Однако биологические системы содержат тысячи различных химических молекул, и все они, вероятно, важны.

Команда физиков и химиков из Факультета естественных наук Хемницкого технологического университета обнаружила, что триацилглицерины — очень распространенный тип природных жировых молекул — собираются между молекулами коллагена, влияя на сцепление гораздо более крупных коллагеновых фибрилл. Это открытие имеет важное значение для понимания биомеханики соединительной ткани. Оно также демонстрирует, как встроенные липиды могут влиять на силы связывания между белками на молекулярном уровне.

Исследователи изучили коллагеновые фибриллы из куриных сухожилий и обнаружили, что они содержат неожиданно большое количество триацилглицеринов, также известных как нейтральные жиры. Эти жировые молекулы составляют около 9% объема сухих коллагеновых фибрилл и случайным образом включены в кристаллическую решетку молекул коллагена. Жировые молекулы действуют как пластификаторы, уменьшая содержание воды в коллагеновых фибриллах. Это открытие бросает вызов современному пониманию химического состава естественных коллагеновых фибрилл.

Для определения содержания триацилглицеринов и их влияния на механические свойства отдельных коллагеновых фибрилл доктор Мартин Денерт и профессор доктор Роберт Магерле с кафедры химической физики Хемницкого технологического университета разработали новый протокол анализа на основе атомно-силовой микроскопии.

Они использовали последовательность промывки, в которой жиры, прилипшие к фибриллам, сначала удаляются неполярным растворителем (гексаном). Затем они растворяли жировые молекулы из внутренней части фибрилл с помощью полярного растворителя — смеси дихлорметана и метанола.

После каждого этапа промывки они исследовали результирующие изменения в коллагеновых фибриллах с помощью атомно-силовой микроскопии. Это позволяет очень точно определить форму и механические свойства коллагеновых фибрилл толщиной примерно 100 нанометров. Наконец, с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния и ЯМР они идентифицировали жиры, содержащиеся в коллагеновых фибриллах, как триацилглицерины.

«Наши результаты показывают, как жиры и вода взаимодействуют в естественных коллагеновых фибриллах», — объясняет Магерле. Он добавляет: «Это позволяет предположить, что может существовать связь между жирами, присутствующими в нашем рационе, и биомеханикой соединительной ткани. Мы планируем изучить это более подробно в будущем».

Больше информации: Martin Dehnert et al, Triacylglycerols affect the water content and cohesive strength of collagen fibrils, Soft Matter (2025). DOI: 10.1039/D5SM00696A

Источник: Chemnitz University of Technology