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LINEAS DE INVESTIGACIÓN
Bases moleculares de la mineralización ósea
Con el envejecimiento de la población, las enfermedades degenerativas del esqueleto representan uno de los principales retos sociales y sanitarios, ya que causan el mayor número de muertes prematuras y discapacidades en la UE y en todo el mundo. A pesar de su impacto social y económico, los mecanismos de formación y regeneración ósea siguen siendo en gran medida desconocidos.
Intentando contribuir a cerrar esta laguna de conocimiento, mi línea de investigación se define en tres pilares: 1) una comprensión más profunda del papel de reguladores de la mineralización (proteínas no colágenas y proteoglicanos) que desencadenan la mineralización en el esqueleto de los vertebrados, 2) una evaluación de los cambios bioquímicos y estructurales en la interfaz mineral-colágeno asociados a la expresión anormal de estos reguladores, y 3) un enfoque biomimético dirigido al desarrollo de materiales osteocompatibles para aplicaciones biomédicas.
Utilizo diversas técnicas analíticas avanzadas que permiten analizar en profundidad los tejidos más allá de los cambios estructurales visibles en la histología clásica. Me he especializado en Microscopía Electrónica Avanzada, y combino técnicas de imagen bidimensional de alta resolución (HRTEM) con tomografía 3D FIB-SEM, difracción y diversas técnicas de espectroscopía (EDS and EELS). Este enfoque, combinado con técnicas bioquímicas clásicas, nos permite determinar parámetros celulares, estructurales y composicionales de los tejidos con un nivel de detalle sin precedentes.
Figura 1. Reconstrucción 3D de los estadios iniciales de mineralización del tendón. Las fibras de colágeno (en distintos colores) se distribuyen en paralelo. La mineralización comienza en los espacios interfibrilares y se extiende al interior de las fibras, formando esferulitas que convergen hasta la completa mineralización de la estructura (adaptado de Macías-Sánchez et al. 2022).
Estas líneas de investigación han sido apoyadas por las siguientes fuentes de financiación:
- Ayuda Atracción de Talento CSIC 2023 (20252AT007). Financiación: 100.000 €.
- Ayuda Ramón y Cajal 2023 (RYC2023-045512-I). Presupuesto investigación: 50.000 €.
- Proyectos de Generación de Conocimiento 2022: "Unravelling nanoscale interactions between glycosaminoglycans and mineral precursors in bone formation" GLYCOMIN (PID2022-141993NA-I00). 2023-2026. Financiación: 118.750 €.
- Proyectos Precompetitivos para Jóvenes Investigadores (Plan Propio UGR 2023): "Deciphering the role of proteoglycans in driving bone mineralization". Financiación: 1.500 €.
- Ayuda Juan de la Cierva Incorporación 2020 (IJC2020-043639-I). Presupuesto investigación: 6.000 €.
En el contexto de estas líneas de investigación, se han desarrollado 1 tesis doctoral y 3 tesis de máster, y se han publicado entre otros, los siguientes trabajos:
1. Rutten, Macías-Sánchez*, Sommerdijk*. On the Role of Glycosylation of Type I Collagen in Bone. Journal of Structural Biology 206, 108145 (2024) DOI 10.1016/j.jsb.2024.108145
2. Rutten, Joosten, Schaart, de Beer, Roverts, Gräber, Jahnen-Dechent, Akiva, Macías-Sánchez*, Sommerdijk*. A Cryo-to-Liquid Phase Correlative Light Electron Microscopy Workflow for the Visualization of Biological Processes in Graphene Liquid Cells. Advanced Functional Materials 2416938 (2024). DOI 10.1002/adfm.202416938
3. de Beer, Marit; Daviran, Deniz; Roverts, Rona; Rutten, Luco; Macias-Sanchez, Elena; Metz, Juriaan R.; Sommerdijk, Nico; Akiva, Anat. Precise targeting for 3D cryo-correlative light and electron microscopy volume imaging of tissues using a FinderTOP. Communications Biology 6 - 510 (2023). DOI: 10.1038/s42003-023-04887-y
4. Hassani Besheli, Negar; Martens, Martijn; Macias-Sanchez, Elena; Olijve, Jos; Yang, Fang; Sommerdijk, Nico; Leeuwenburgh, Sander C. G. Unraveling the Formation of Gelatin Nanospheres by Means of Desolvation. Nano Letters 23, 11091 - 11098 (2023). DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c03459
5. Van der Meijden, Daviran, Rutten, Walboomers, Macías-Sánchez, Sommerdijk*, Akiva*. A 3D cell-free bone model shows collagen mineralization is a physicochemical process driven and controlled by the matrix. Advanced Functional Materials 33, 2212339 (2023). DOI 10.1002/adfm.202212339
6. Macías-Sánchez*, Tarakina, Ivanov, Blouin, Berlanovich, Fratzl*. Spherulitic Crystal Growth Drives Mineral Deposition Patterns in Collagen-based Materials. Advanced Functional Materials 32, 2200504 (2022). DOI 10.1002/adfm.202200504
7. Zou, Xie, Macías-Sánchez, Zhengyi. Nonclassical Crystallization of Amorphous Calcium Carbonate in the Presence of Phosphate Ions. Crystal Growth and Design 21, 414 - 423 (2021) DOI: 10.1021/acs.cgd.0c01245
8. Zou, Tang, Macías-Sánchez, Sviben, Bertinetti, Landis, Fratzl*. Three-dimensional structural interrelations between cells, extracellular matrix and mineral in vertebrate mineralization. Proceedings of the National Academy of Sciences USA 117, 14102-14109 (2020). DOI 10.1073/pnas.1917932117
9. Jehle, Macías-Sánchez, Sviben, Fratzl, Bertinetti*, Harrington*. Hierarchically-structured metalloprotein composite coatings biofabricated from co-existing condensed liquid phases. Nature Communications 11, 862 (2020). DOI 10.1038/s41467-020-14709-y
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