Investigadores del Grupo de Nanofísica de Óxido ICN2 liderado por ICREA Prof. Gustau Catalan han resuelto una de las grandes incógnitas en la remodelación ósea:cómo se ponen en acción las células responsables de la formación de nuevo tejido óseo. Su trabajo revela el posible papel de un fenómeno electromecánico a nanoescala, flexoelectricidad, no solo para estimular la respuesta celular, sino guiarlo con precisión a lo largo del proceso de reparación de la fractura.
Los investigadores han descubierto que el hueso es flexoeléctrico, postulando el posible papel de la flexoelectricidad en la regeneración del tejido óseo en y alrededor del tipo de microfracturas incurridas en los huesos a diario. Sus hallazgos, publicado hoy en Materiales avanzados con el autor principal Fabián Vásquez-Sancho, tienen implicaciones potenciales para la industria de la prótesis y el desarrollo de materiales biomiméticos autocurativos.
Ya se sabía que los huesos generaban electricidad bajo presión, estimulando la autorreparación y remodelación. Reportado por primera vez a fines de la década de 1950, esto se atribuyó inicialmente a la piezoelectricidad del componente orgánico del hueso, colágeno. Sin embargo, Desde entonces, los estudios han observado marcadores de reparación ósea en ausencia de colágeno, sugiriendo que hay otros efectos en juego. En este trabajo, los investigadores de ICN2 han revelado ese efecto:la flexoelectricidad del componente mineral del hueso.
La flexoelectricidad es una propiedad de algunos materiales que hace que emitan un pequeño voltaje al aplicar una presión no uniforme. Esta respuesta está extremadamente localizada, volviéndose más débil a medida que se aleja del punto de máxima tensión a lo largo de un gradiente de deformación. En las microfracturas se localiza en el borde de ataque o punta de la grieta, un sitio atómicamente pequeño que, por definición, concentra la tensión máxima que un material puede soportar antes de la rotura total. El resultado es un campo eléctrico de una magnitud que, a este nivel local, eclipsa cualquier efecto piezoeléctrico de colágeno de fondo.
Al estudiar los gradientes de deformación en los huesos y el mineral óseo puro (hidroxiapatita), los investigadores han podido calcular la magnitud precisa de este campo flexoeléctrico. Sus hallazgos muestran que es lo suficientemente grande dentro de los 50 micrones requeridos de la punta de la grieta para ser detectado por las células responsables de la reparación ósea. lo que implicaría directamente a la flexoelectricidad en este proceso.
Es más, Dado que se sabe que las células responsables de sintetizar tejido óseo nuevo (osteoblastos) se adhieren cerca de la punta, parecería que la distribución del campo eléctrico señala este punto como el centro del daño, convirtiéndose en una baliza móvil para los esfuerzos de reparación a medida que se cura la grieta.
Estos resultados son prometedores para la industria de la prótesis, donde se podrían utilizar nuevos materiales que reproduzcan o amplifiquen este efecto flexoeléctrico para guiar la regeneración tisular y permitir una asimilación más exitosa de los implantes.
