La formación de hueso medular y cáscara de huevo como modelo de procesos dinámicos e interrelacionados de biomineralización

Abstract

El objetivo principal de esta tesis es el estudio de la mineralogía, estructura y funcionalidad de los tejidos calcificados. En particular, nos hemos centrado en dos tejidos calcificados, formados por las aves hembras durante el periodo reproductivo, muy importantes y relacionados entre sí: el hueso medular y la cáscara de huevo. Durante la deposición de la cáscara de huevo, las aves hembras, y las gallinas ponedoras en particular, necesitan movilizar grandes cantidades de calcio (2 gramos), que equivale a cerca del 10% del calcio total del cuerpo. Para ello, durante el periodo de puesta, las gallinas desarrollan un tipo especial de hueso, el hueso medular, que puede ser fácilmente reabsorbido para una rápida liberación y suministro de calcio necesario para la formación de la cáscara del huevo. La mineralización de la cáscara de huevo de gallina es el proceso de calcificación más rápido conocido en la naturaleza, y dentro de los procesos de biomineralización, es uno de los más interesantes. El resultado de este proceso es la formación de una estructura mineral con excelentes propiedades mecánicas cuyas principales características pueden modificarse por diferentes factores, como la edad, la dieta o enfermedad. Para entender los procesos que controlan la formación, mineralización y estructura de estos materiales, se ha estudiado de una manera exhaustiva mediante técnicas analíticas como la espectroscopia infrarroja (ATR-FTIR), la difracción de rayos X y la microscopía electrónica. Por otra parte, se ha estudiado como la cutícula de la cáscara de huevo actúa como barrera física contra la penetración bacteriana y juega un papel muy importante en la seguridad alimentaria del huevo. Al igual que la cáscara de huevo, las propiedades de la cutícula (grado de recubrimiento, espesor y composición química), dependen de la edad, factores genéticos, dieta y su hábitat. Con respecto al estudio de la formación de la cáscara de huevo, los resultados demuestran que la calcificación de la cáscara comienza con la deposición de partículas de carbonato cálcico amorfo con una estructura proto-calcítica que facilita su conversión directamente a calcita. Por otra parte, se muestra como la microestructura de las cáscaras de huevo varía en diferentes especies provocando que las propiedades mecánicas de la cáscara cambien notablemente. Con respecto a la cutícula, la técnica de espectroscopia infrarroja (ATRFTIR) utilizada para evaluar la calidad de la cutícula y su composición química, nos ha permitido determinar que su composición es altamente dependiente de la edad de la gallina y de la frescura de los huevos. Además del factor edad, la funcionalidad de la cutícula depende en gran medida de su composición química y del grado de madurez, siendo los huevos recién puestos aquellos que presentan una cutícula más inmadura y menos efectiva frente a la penetración bacteriana.