The contribution of solid-state nuclear magnetic resonance to the chemical characterization and to the bone datation in forensic anthropology
Apport de la résonance magnétique nucléaire des solides à la caractérisation chimique et à la datation des os en anthropologie médico-légale
Résumé
The post mortem interval estimation is a fundamental step in forensic anthropology and up to now there are little accurate and reliable methods to do so. The objectives of our study were to investigate the bone composition and its evolution over years and centuries following the death by developing carbon 13C and proton 1H solid-state nuclear magnetic resonance (NMR). We analyzed about one hundred human and animal bones for which the age at death, sex, date of death and the storage conditions were known. Bones were characterized at the molecular level by identification of collagen, lipids and hydroxyapatite embedded in the bone matrix. We have designed a NMR-based method that allows determining alterations on some samples, evidencing the presence of adipocere (bone wax) within the bone, or finding bone tissue deterioration on some very old samples. Subject age at death and sex did not reveal significant changes on NMR data, except for post mortem interval ranging between 0 to 1 year, where female subjects had quantitatively more lipids in their bones than males. Storage conditions may promote a greater development of adipocere especially for bones left in the open air compared to those buried. Finally, we report a quantitative decrease of collagen and lipids present in the bone tissue when the post mortem interval increases. This decrease is much faster for lipids than for collagen where as the hydroxyapatite has a relative stability in the first centuries after the death. Decreases occur with very different time constants, ranging from years to millennia.
L’estimation du délai post mortem est une étape fondamentale en anthropologie médico-légale. À ce jour, peu de méthodes précises et fiables existent. Les objectifs de notre travail étaient d’étudier le tissu osseux et son évolution dans les années et siècles suivant le décès en développant la Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) des solides du carbone13C et du proton1H. Nous avons analysé une centaine d’os humains et animaux pour lesquels nous connaissions l’âge au décès, le sexe, la date de décès et les conditions de conservation. Nous avons caractérisé les os au niveau moléculaire en identifiant le collagène, les lipides et l’hydroxyapatite constitutifs du tissu osseux. Nous avons développé une méthode RMN permettant de distinguer des altérations de certains échantillons attestant de la présence d’adipocire au sein du tissu osseux, ou des dégradations sur des échantillons très anciens. L’étude de l’âge au décès et du sexe des sujets n’a pas mis en évidence une grande influence de ces facteurs sur les données RMN même si, pour des délais post mortem de 0 ou 1 an, les sujets féminins présentent quantitativement plus de lipides que les sujets masculins. L’analyse des conditions de conservation des individus montre un développement plus important d’adipocire pour les os laissés à l’air libre comparés aux os enterrés. Enfin, nous rapportons une décroissance quantitative du collagène et des lipides présents au sein du tissu osseux lorsque l’intervalle post mortem augmente. Cette décroissance est beaucoup plus rapide pour les lipides (quelques années) que pour le collagène (plusieurs millénaires) alors que l’hydroxyapatite présente une relative stabilité dans les premiers siècles suivant le décès.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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