Algunos materiales prometen promover la regeneración ósea al mejorar sus propiedades eléctricas naturales, según una reseña de la revista Ciencia y tecnología de materiales avanzados .

Algunos sólidos incluyendo hueso, esmalte y cuarzo, forman un campo eléctrico cuando se deforma. Esta propiedad, llamado efecto piezoeléctrico, ocurre cuando una fuerza mecánica empuja los átomos más cerca o más lejos, alterar el equilibrio eléctrico y hacer que aparezcan cargas positivas y negativas en lados opuestos de un material.

Los científicos descubrieron que el hueso era un material piezoeléctrico en 1957. Desde entonces, han descubierto que la piezoelectricidad se produce cuando las fibras de colágeno óseo se deslizan unas contra otras. Esto conduce a la acumulación de cargas y a la generación de una pequeña corriente, que abre canales de iones de calcio en las células óseas llamadas osteocitos. Esto desencadena una cascada de vías de señalización que, en última instancia, promueven la formación de hueso.

"La piezoelectricidad es una de varias respuestas mecánicas de la matriz ósea que permite que las células óseas reaccionen a los cambios en su entorno, "Explique al ingeniero biomédico Zong-Hong Lin de la Universidad Nacional Tsing Hua de Taiwán y al médico Fu-Cheng Kao del Hospital Chang Gung Memorial de Taiwán, quién dirigió la revisión.

Los investigadores buscan aprovechar esta propiedad para mejorar la regeneración y reparación ósea. Por ejemplo, están explorando materiales para fabricar pequeños, Generadores eléctricos autoalimentados que pueden implantarse dentro o fuera del hueso para estimular sus procesos naturales de curación.

Algunos equipos han acelerado significativamente la proliferación y diferenciación de las células formadoras de hueso embrionario de ratón al utilizar el llamado nanogenerador triboeléctrico. Se genera una corriente eléctrica cuando dos materiales se separan y luego se vuelven a poner en contacto. Estos nanogeneradores han sido probados con materiales como polidimetilsiloxano, óxido de indio y estaño, aluminio, y politetrafluoroetileno. Están demostrando potencial para tratar la osteoporosis y las fracturas relacionadas con la osteoporosis.

Nanogeneradores piezoeléctricos, por otra parte, se fabrican conectando un electrodo a un material piezoeléctrico sobre un sustrato flexible, y generar una corriente cuando se aplica fuerza. También se ha demostrado que estos nanogeneradores promueven la proliferación de células formadoras de huesos humanos.

Además de los nanogeneradores, polímeros piezoeléctricos, que tienen una buena biocompatibilidad con los tejidos humanos, se muestran prometedores como tornillos y clavijas absorbibles en fracturas óseas graves, ayudando a evitar una segunda cirugía para su extracción.

Las cerámicas piezoeléctricas proporcionan corrientes eléctricas más fuertes en comparación con los polímeros, pero puede ser tóxico. Cerámicas sin plomo, como titanato de bario, hidroxiapatita, y el óxido de zinc son los principales candidatos para los armazones óseos que promueven el crecimiento y la regeneración ósea y para los sustitutos de huesos artificiales.

Lin y sus colegas esperan que una mayor investigación conduzca a aplicaciones basadas en piezoelectricidad para la ingeniería de tejidos y la regeneración ósea.