Brosk i våra leder innehåller kollagen som beter sig lite som de flytande kristallerna på en smartphones skärm, enligt forskare vid Queen Mary University of London (QMUL).

Kollagenet ändrar sin kristallinitet som svar på fysiska krafter, så det ordnade arrangemanget i kollagenmolekyler i brosket i våra knän kan vända från ett strukturellt tillstånd till ett annat för varje steg vi tar.

Resultaten, publiceras i tidskriften ACS Nano , kasta nytt ljus över hur brosk klarar av den krävande mekaniska miljön i leden och kan så småningom hjälpa till att förklara varför brosk bryts ner med åldrande eller artrit.

Dr Himadri Gupta, från QMUL:s School of Engineering and Materials Science, sa:"Smärta och nedsatt rörlighet på grund av ledsjukdomar påverkar för närvarande över 8 miljoner människor i Storbritannien, majoriteten av dessa är över 65 år. Med ökande medellivslängd, att förstå hur man säkerställer ett hälsosamt åldrande är extremt viktigt."

Medförfattare, Professor Martin Knight, tillade:"Reaktionen av kollagen på fysiska krafter är avgörande för broskets funktion i våra leder och därför kan förståelsen av detta beteende hjälpa oss att utveckla nya strategier för att förhindra brosknedbrytning."

Ledbrosk kantar änden av våra ben och hjälper våra leder att röra sig med minimal friktion. Det skyddar också benen genom att dämpa krafterna i våra leder när vi går, springa eller hoppa.

Men vid smärtsamma sjukdomar som artros, brosket blir mindre motståndskraftigt och bryts ner vilket leder till ledvärk och orörlighet.

Med hjälp av en speciell, intensiv röntgenstråle från liten vinkelspridnings- och diffraktionsstrålelinje (I22) vid diamantljuskällan, Doktoranden Sheetal Inamdar mätte hur kollagenfibrillerna, som är mer än hundra gånger smalare än ett människohår, deformeras och ändrar sin kristallinitet när brosket upprepade gånger kläms och tillåts återhämta sig med krafter som liknar dem som produceras av att gå eller springa.

Fibrillerna tros fungera som ett kvarhållande nät, innehar ett geléliknande material bestående av proteoglykaner som hjälper till att göra brosket motståndskraftigt mot upprepad komprimering.

Forskarna fann att fibrillerna visar en plötslig reversibel förändring i deras kristallina ordning en kort stund efter att brosket komprimerats och att denna förändring beror på en inre omarrangering av molekyler inuti fibrillen.

Detta tidigare osynliga beteende hos kollagenfibrerna förändrades helt när vävnaden bryts ned, vilket händer vid artros.

Forskarna försöker nu förstå effekten av repetitiv aktivitet och skada i åldrande brosk, och konsekvenserna för broskhälsa, stöds av ny finansiering från UK Biotechnology and Biological Research Council.