Structural elucidation of silica present in kidney stones coming from Burkina Faso

Hundred kidney stones obtained from the University Hospital of Ouagadougou (Burkina Faso) were finally characterized by a panel of complementary spectroscopic and diffraction tools. The most surprising result is the high occurrence of opaline silica as a component in these kidney stones. Opaline silica is a scarce mineral phase in renal calcification; however, we found that at least 48% of the stones had a detectable proportion of silica. SEM images demonstrate the presence of micrometric objects (of spheroidal shape) in close association with monohydrated calcium oxalate crystals. X-ray fluorescence, XRD and 29Si solid state MAS NMR demonstrate unambiguously the presence of amorphous silica, whose composition is comparable to that of natural opals. As NMR is a local spectroscopic probe, other nuclei can be probed. We demonstrate that traces of aluminium are present in the kidney stones by using 27Al solid state MAS NMR. These experiments may offer the first clues of pathological processes that are responsible for these stones.

RésuméCent calculs rénaux obtenus du CHU de Ouagadougou (Burkina Faso) ont été caractérisés par une série d'outils spectroscopiques et de diffraction complémentaires. Le résultat le plus marquant a été la très haute prévalence de la silice opaline comme composant de ces calculs. La silice opaline est un composant rare des calculs rénaux. Cependant, nous l'avons trouvée dans près de 48% des calculs, dans des proportions suffisantes pour être détectables par analyse infrarouge. Les images au MEB démontrent la présence d'objets micrométriques (de forme sphérique) en association intime avec des cristaux d'oxalate de calcium monohydraté. La fluorescence des rayons X, la diffraction des rayons X et la RMN du solide du 29Si démontrent sans ambiguïté la présence de silice amorphe, de manière comparable au cas des opales naturelles. Comme la RMN est une sonde spectroscopique locale, d'autres noyaux peuvent être détectés. Nous avons ainsi démontré que des traces d'aluminium sont présentes dans les calculs rénaux étudiés en utilisant la RMN du solide du noyau 27Al. Ces expériences peuvent offrir les premiers éléments de réponse concernant le processus pathologique conduisant à la formation de ces calculs.