La flexoelectricidad es una propiedad presente en algunos materiales mediante la cual emiten un pequeño voltaje cuando se les aplica una presión no homogénea / UAB

La flexoelectricidad activa el proceso de reparación de los huesos

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Investigadores del ICN2 identifican un fenómeno electromecánico que se da en la nanoescala, la flexoelectricidad, como posible mecanismo que estimula y guía la respuesta celular durante el proceso de reparación de una fractura ósea.

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UAB / Investigadores del Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2), un centro Severo Ochoa ubicado en el Campus UAB y miembro del Barcelona Institute of Science and Technology (BIST), han descubierto que los huesos también son flexoeléctricos. Según proponen, la flexoelectricidad tendría un papel importante en la regeneración del tejido óseo tras las microfracturas que con gran frecuencia sufren los huesos.

La flexoelectricidad tendría un papel importante en la regeneración del tejido óseo tras las microfracturas que con gran frecuencia sufren los huesos

El Grupo ICN2 de Nanofísica de Óxidos, liderado por el Prof. ICREA Gustau Catalan, publica estos resultados en Advanced Materials, con Fabián Vásquez-Sancho como primer autor. El trabajo tiene implicaciones potenciales en el campo de las prótesis y en el desarrollo de materiales auto-reparables biomiméticos.

El hecho de que los huesos generan electricidad bajo presión, estimulando así la auto-reparación y el remodelado, era ya sabido. Tras describirse por primera vez en los años cincuenta, se atribuyó inicialmente a la piezoelectricidad de uno de los componentes orgánicos de los huesos, el colágeno. Sin embargo, estudios posteriores han observado marcadores de reparación ósea en ausencia de colágeno, sugiriendo que podría ser debida a otros efectos. En este trabajo los investigadores del ICN2 han revelado al verdadero responsable: la flexoelectricidad del componente mineral de los huesos.

La flexoelectricidad es una propiedad presente en algunos materiales mediante la cual emiten un pequeño voltaje cuando se les aplica una presión no homogénea. La respuesta es extremadamente localizada, haciéndose más débil a medida que nos alejamos del punto de máximo estrés. En microfracturas se concentra en la punta de la grieta, un punto anatómico pequeño que, por definición, concentra la máxima tensión que puede sostener un material antes de romperse. El resultado es un campo flexoeléctrico de tal magnitud que, en la zona próxima a la fractura, eclipsa cualquier posible efecto piezoeléctrico procedente del colágeno.

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 Localizar la ubicación del extremo de la grieta

Mediante el estudio de gradientes de tensión, tanto en huesos como en mineral óseo puro (hidroxiapatita), los investigadores han sido capaces de medir con precisión la magnitud  del campo eléctrico formado. Sus resultados indican que se trata de un efecto suficientemente grande como para que, a 50 micras de la punta de la grieta, pueda ser detectado por las células responsables de la reparación ósea. La flexoelectricidad queda así implicada de forma directa en el proceso.

Señalaría el epicentro del daño a reparar, convirtiéndose en una baliza móvil que localiza la ubicación del extremo de la grieta a medida que ésta se va curando

Es sabido que las células responsables de sintetizar nuevo tejido óseo (osteoblastos) se adhieren cerca de la punta de la fractura. Por lo tanto, parece que la distribución del campo eléctrico señalaría este punto como el epicentro del daño a reparar, convirtiéndose en una baliza móvil que localiza la ubicación del extremo de la grieta a medida que ésta se va curando.

Este descubrimiento resulta prometedor para la industria de las prótesis. Mediante materiales que reproduzcan o amplifiquen el efecto flexoeléctrico sería posible guiar la reparación tisular de manera que se mejorara la integración de una prótesis.

El presente estudio ha sido financiado a través de un proyecto European Research Council (ERC), y se ha liderado desde el ICN2 con la colaboración del Centro de Investigación en Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad de Costa Rica (CICIMA, Costa Rica), el Laboratorio de Cálculo Numérico de la Universitat Politècnica de Catalunya (LaCàN, España), y la École Politechnique Federale de Lausanne (EPFL, Suiza).

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