Cation Ordering and Superstructures in Natural Layered Double Hydroxides

Layered double hydroxides (LDHs) constitute an important group of materials with many applications ranging from catalysis and absorption to carriers for drug delivery, DNA intercalation and carbon dioxide sequestration. The structures of LDHs are based upon double brucite-like hydroxide layers [M2+nM3+m(OH)2(m+n)]m+, where M2+ = Mg2+, Fe2+, Mn2+, Zn2+, etc.; M3+ = Al3+, Fe3+, Cr3+, Mn3+, etc. Structural features of LDHs such as cation ordering, charge distribution and polytypism have an immediate influence upon their properties. However, all the structural studies on synthetic LDHs deal with powder samples that prevent elucidation of such fine details of structure architecture as formation of superstructures due to cation ordering. In contrast to synthetic materials, natural LDHs are known to form single crystals accessible to single-crystal X-ray diffraction analysis, which provides a unique possibility to investigate 3D cation ordering in LDHs that results in formation of complex superstructures, where 2D cation order is combined with a specific order of layer stacking (polytypism). Therefore LDH minerals provide an indispensable source of structural information for modeling of structures and processes happening in LDHs at the molecular and nanoscale levels

Crystal chemistry and nomenclature of the lovozerite group

Abstract: The paper summarizes crystal-chemical data and describes the IMA-accepted nomenclature of lovozerite-group minerals (LGM). The lovozerite group includes nine zeolite-like cyclosilicates with the general formula Their structures are based upon a heteropolyhedral framework consisting of rings of Si-centred tetrahedra and M-centred octahedra forming a 3D system of channels that host A, B, and C cations. The structures can be also considered as based upon pseudocubic modules centred at the midpoint of the Si tetrahedral ring. The M, A, and B cations are located at the borders of the module, whereas C cations are inside the module. The modules are stacked in three different arrangements in LGM allowing distinction of three subgroups: (1) zirsinalite-lovozerite subgroup (includes cation-saturated combeite, kapustinite, kazakovite and zirsinalite, and cation-deficient litvinskite, lovozerite and tisinalite), (2) koashvite subgroup (incl. koashvite) and (3) imandrite subgroup (incl. imandrite). The nature of cation-deficient LGM is discussed. The calculation scheme for empirical formulae of LGM and the criteria of definition of a mineral species (end-members) in the group are given

Клітинно-молекулярні взаємодії на межі суглобового хряща та субхондральної кістки

It has been proven that subchondral bone and articular cartilage are structurally and metabolically related. The molecular triad OPG/RANK/RANKL controls the differentiation and biological function of osteoclasts. It was established that the level of expression of these molecules by chondrocytes depends on the stage of pathological changes. Objective: to study the expression of RANKL and OPG in the cells of the articular cartilage and subchondral bone obtained after hip replacement of 56 patients with hip joint arthritis and in an animal experiment. Methods: сhanges in articular cartilage and bone tissue were induced in animals by ovariectomy. Clinical and experimental material was studied by histological methods using scanning microscopy, immunohistochemical evaluation of RANKL and OPG. Results: OPG and RANKL expression in early arthritic disorders was detected in rats, mainly in the superficial area of articular cartilage. In clinical material, RANKL expression was noted only in individual chondrocytes of preserved articular cartilage. The color intensity was low. An increased expression of RANKL by osteocytes was found in the osteochondral junction zone. The most pronounced immunoreactivity was noted in chondrocytes, especially in isogenic groups, throughout the preserved articular cartilage. Osteocytes and single osteoblasts located on the marginal surface of bone trabeculae were expressed in OPG bone tissue. In the intertrabecular spaces, an intense reaction is fixed in the cells around the vessels. Conclusions: an increase in the RANKL/OPG ratio was noted in chondrocytes of articular cartilage already in the early stages of arthrosis. Significant changes in the subchondral bone microarchitecture with the presence of immunopositive cells indicate active remodeling processes, which are a reflection of the ab­normal expression of RANKL/OPG by cells of bone and cartilage tissue under conditions of arthritis against a background of reduced bone mineral density.Доказано, что субхондральная кость и суставной хрящ структурно и метаболически связаны. Молекулярная триада OPG/RANK/RANKL контролирует дифференциацию и биологическую функцию остеокластов. Установлено, что уровень экспрессии этих молекул хондроцитами зависит от стадии патологических изменений. Цель: исследовать экспрессию RANKL и OPG в клетках суставного хряща и субхондральной кости, полученных после эндопротезирования тазобедренного сустава 56 больных коксартрозом и в эксперименте на животных. Методы: изменения в суставном хряще и костной ткани индуцировали у животных путем овариоэктомии. Клинический и экспериментальный материал исследовали методами гистологии с использованием растровой микроскопии, иммуногистохимической оценки RANKL и OPG. Результаты: экспрессия OPG и RANKL при ранних артрозных нарушениях выявлена у крыс, в основном, в поверхностной зоне суставного хряща. В клиническом материале экспрессия RANKL отмечена лишь в отдельных хондроцитах сохранившегося суставного хряща. Интенсивность окраски была низкой. В зоне остеохондрального соединения обнаружена повышенная экспрессия RANKL остеоцитами. Наиболее выраженная иммунореактивность отмечена в хондроцитах, особенно в изогенных группах, на всей территории сохраненного суставного хряща. В костной ткани OPG экспрессировали остеоциты и единичные остеобласты, расположенные на краевой поверхности костных трабекул. В межтрабекулярных пространствах интенсивная реакция зафиксирована в клетках вокруг сосудов. Выводы: повышение соотношения RANKL/OPG отмечено в хондроцитах суставного хряща уже на ранних стадиях артроза. Существенные изменения микроархитектуры субхондральной кости с присутствием иммунопозитивных клеток свидетельствуют об активных процессах ремоделирования, которые являются отражением аномальной экспрессии RANKL/OPG клетками костной и хрящевой тканей в условиях артроза на фоне сниженной минеральной плотности костной ткани.Доведено, що субхондральна кістка та суглобовий хрящ структурно та метаболічно пов’язані. Молекулярна тріада OPG/RANK/RANKL контролює диференціацію та біологічну функцію остеокластів. Установлено, що рівень експресії цих молекул хондроцитами залежить від стадії патологічних змін. Мета: дослідити експресію RANKL і OPG у клітинах суглобового хряща та субхондральної кістки, отриманих після ендопротезування кульшового суглоба 56 хворих на коксартроз і в експерименті на тваринах. Методи: зміни в суглобовому хрящі та кістковій тканині індукували у тварин шляхом оваріоектомії. Клінічний і експериментальний матеріал досліджували методами гістології з використанням растрової мікроскопії, імуногістохімічного визначення RANKL і OPG. Результати: експресія OPG і RANKL за умов ранніх артрозних порушень виявлена у щурів переважно в поверхневій зоні суглобового хряща. У клінічному матеріалі експресія RANKL відзначена лише в окремих збережених хондроцитах суглобового хряща. Інтенсивність забарвлення була низькою. У зоні остеохондрального з’єднання виявлено підвищену експресію RANKL остеоцитами. Найбільш виражену імунореактивність відзначено в хондроцитах, особливо в ізогенних групах, на всій території збереженого суглобового хряща. У кістковій тканині OPG експресували остеоцити та поодинокі остеобласти, розташовані на крайовій поверхні кісткових трабекул. У міжтрабекулярних просторах інтенсивну реакцію зафіксовано в клітинах навколо судин. Висновки: підвищення співвідношення RANKL/OPG відзначено в хондроцитах суглобового хряща вже на ранніх стадіях артрозу. Суттєві зміни мікроархітектури субхондральної кістки з наявністю імунопозитивних клітин свідчать про активні процеси ремоделювання, які є відображенням аномальної експресії RANKL/OPG клітинами кісткової та хрящової тканин в умовах артрозу на фоні зниженої мінеральної щільності кісткової тканини

Мінеральна щільність кісткової тканини в жінок із артрозом різної локалізації

Arthrosis and osteoporosis — common diseases of the musculoskeletal system in the elderly, precocious and senile age, which predetermines the study of their general pathogenetic mechanisms of development.Objective: to study the bone mineral density in women with various clinical forms of arthrosis.Methods: bone mineral density was analyzed in 282 patients over 56 years of age with gonarthrosis, coxarthrosis and spondyloarthrosis. The examined groups of patients did not differ by body mass index and age. The bone mineral density study was performed on the bone densitometer «Explorer QDR W» (Hologic) in the lumbar spine, proximal femoral area, with an additional assessment of the femoral neck or distal posterior part of the forearm. The diagnosis of «osteopenia» or «osteoporosis» was established in accordance with WHO recommendations fand using t-criterion. Digital figures were statistically calculated using the Excel 2003 program.Results: after analyzing the densitometric measurements of bone mineral density in patients with various clinical forms of arthrosis, the lowest rates were observed in women with coxarthrosis (80.4 %) and spondylarthrosis (71.4 %). In patients with gonarthrosis, bone mineral density rates were reduced by 57.2 %. Osteoporosis was found in 26.1 % of women with gonorrhea, 25.5 % with coxarthrosis, and 38.4 % with spondylarthrosis. Significant decrease in bone mineral density was found in the axial part of the skeleton (lumbar spine and femoral neck) in patients with coxarthrosis and gonarthrosis compared to the forearm bones (p < 0.05). In the case of spondylarthrosis, the decrease in bone mineral density is recorded both in the axial and in the peripheral parts of the skeleton.Conclusions: women with different clinical forms of osteoarthritis have low bone mineral density with a prevalence of osteopenia. The obtained data testify to the need for further study of the common pathogenetic mechanisms for the development of reduction of bone mineral density and arthrosis.Артроз и остеопороз — распространенные заболевания опорно-двигательной системы у лиц пожилого, предстарческого и старческого возраста, что обуславливает исследование их общих патогенетических механизмов развития.Цель: изучить минеральную плотность костной ткани (МПКТ) у женщин с различными клиническими формами артроза.Методы: проанализирована МПКТ у 282 пациенток старше 56 лет с гонартрозом, коксартрозом и спондилоартрозом. Обследованные группы пациенток не отличались по индексу массы тела и возрасту. Исследование МПКТ проведено на костном денситометре «Explorer QDR W» (Hologic) в поясничном отделе позвоночника, проксимальном отделе бедренной кости, с дополнительной оценкой шейки бедренной кости или дистального отдела предплечья. Диагноз «остеопения» или «остеопороз» устанавливали в соответствии с рекомендациями ВОЗ по Т-критерию. Цифровые показатели обрабатывали статистически с использованием программы Excel-2003.Результаты: проанализировав показатели денситометрического исследования МПКТ пациенток с различными клиническими формами артроза, низкие зафиксировали у женщин с коксартрозом (80,4 %) и спондилоартрозом (71,4%). У пациенток с гонартрозом показатели МПКТ были снижены в 57,2 % случаев. Остеопороз выявлен у 26,1 % женщин с гонартрозом, у 25,5% — с коксартрозом, у 38,4 % — со спондилоартрозом. Значимое снижение МПКТ обнаружено в аксиальном отделе скелета (поясничном отделе позвоночника и шейке бедренной кости) у пациенток с коксартрозом и гонартрозом по сравнению с костями предплечья (р < 0,05). В случае спондилоартроза снижение МПКТ зафиксировано и в аксиальном, и в периферическом отделах скелета.Выводы: женщины с различными клиническими формами артроза имеют низкие показатели МПКТ с преобладанием остеопении. Полученные данные свидетельствуют о необходимости дальнейшего изучения общих патогенетических механизмов развития снижения МПКТ и артроза.Артроз і остеопороз — поширені захворювання опорно-рухової системи в осіб похилого, передстаречого та старечого віку, що зумовлює дослідження їхніх загальних патогенетичних механізмів розвитку.Мета: вивчити мінеральну щільність кісткової тканини (МЩКТ) у жінок із різними клінічними формами артрозу.Методи: проаналізовано МЩКТ у 282 пацієнток старших за 56 років із гонартрозом, коксартрозом і спондилоартрозом. Обстежені групи пацієнток не відрізнялися за індексом маси тіла і віком. Дослідження МЩКТ проведено на кістковому денситометрі «Explorer QDR W» (Hologic) у поперековому відділі хребта, проксимальному відділі стегнової кістки, із додатковим оцінюванням шийки стегнової кістки або дистального відділу передпліччя. Діагноз «остеопенія» або «остеопороз» установлювали відповідно до рекомендацій ВООЗ за Т-критерієм. Цифрові показники опрацьовували статистично з використанням програми Excel-2003.Результати: проаналізувавши показники денситометричного дослідження МЩКТ пацієнток із різними клінічними формами артрозу, найнижчі зафіксували в жінок із коксартрозом (80,4 %) і спондилоартрозом (71,4 %). У пацієнток із гонартрозом показники МЩКТ були знижені в 57,2 % випадків. Остеопороз виявлений у 26,1 % жінок із гонартрозом, у 25,5 % — із коксартрозом, у 38,4 % — із спондилоартрозом. Значуще зниження МЩКТ виявлено в аксіальному відділі скелета (поперековому відділі хребта і шийці стегнової кістки) у пацієнток із коксартрозом і гонартрозом порівняно з кістками передпліччя (р < 0,05). У разі спондилоартрозу зниження МЩКТ зафіксовано і в аксіальному, і в периферичному відділах скелета.Висновки: жінки з різними клінічними формами артрозу мають низькі показники МЩКТ із переважанням остеопенії. Отримані дані свідчать про необхідність подальшого вивчення спільних патогенетичних механізмів розвитку зниження МЩКТ і артрозу

Natrophosphate, Arctic Mineral and Nuclear Waste Phase: Structure Refinements and Chemical Variability

The crystal structures of natural (Mt. Koashva, Khibiny alkaline massif, Kola Peninsula, Russian Arctic) and synthetic (obtained from an aqueous solution of sodium phosphate and sodium fluoride (1:1) by evaporation at room temperature (RT)) natrophosphate, Na7(PO4)2F·19H2O, have been investigated using single-crystal X-ray diffraction analysis. Natrophosphate and its synthetic analogue are cubic, Fd-3c, a = 27.6942(3) Å (natrophosphate at RT), a = 27.6241(4) Å (natrophosphate at 100 K), a = 28.1150(12) Å (synthetic analogue at RT), a = 27.9777(7) Å (synthetic analogue at 100 K). The crystal structure is based upon the super-octahedral [Na6(H2O)18F]5+ polycationic complexes consisting of six edge-linked Na6(OH2)5F octahedra sharing one common fluorine vertex. The A site is statistically occupied by Na and H2O with the prevalence of H2O with the refined occupancy factors O:Na equal to 0.53:0.47 for natrophosphate and 0.75:0.25 for its synthetic analogue. The coordination of the A site in synthetic natrophosphate is enlarged compared to the natural sample, which agrees well with its higher occupancy by H2O molecules. The general formula of natrophosphates can be written as Na6+xHxF(PO4)2·(19 + x)H2O, where x = 0–1. The chemical variability of natrophosphate allows to explain the discrepancies in its solubility reported by different authors. The information-based parameters of structural complexity are equal to 3.713 bit/atom and 2109.177 bit/cell that allows to classify natrophosphate as a structurally very complex mineral