Se descubre un nanofenómeno que desencadena el proceso de auto reparación ósea

(Última Actualización: julio 31, 2019)

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Investigadores del Grupo de Nanofísica del Óxido ICN2 liderado por ICREA Prof. Gustau Catalan han resuelto una de las grandes incógnitas de la remodelación ósea: cómo se ponen en marcha las células responsables de la formación de nuevo tejido óseo. Su trabajo revela el posible papel de un fenómeno electromecánico a nanoescala, la flexoelectricidad, no sólo en la estimulación de la respuesta celular, sino en su guía precisa a lo largo del proceso de reparación de fracturas.

Los investigadores han descubierto que el hueso es flexoeléctrico, lo que plantea el posible papel de la flexoelectricidad en la regeneración del tejido óseo dentro y alrededor del tipo de microfracturas que se producen en los huesos a diario. Sus hallazgos, publicados hoy en Advanced Materials con el autor principal Fabián Vásquez-Sancho, tienen implicaciones potenciales para la industria protésica y el desarrollo de materiales biomiméticos autocurativos.

Los huesos ya eran conocidos por generar electricidad bajo presión, estimulando la auto-reparación y la remodelación. Reportado por primera vez a finales de la década de 1950, esto se atribuyó inicialmente a la piezoelectricidad del componente orgánico del hueso, el colágeno. Sin embargo, desde entonces, los estudios han observado marcadores de reparación ósea en ausencia de colágeno, lo que sugiere que otros efectos están en juego. En este trabajo los investigadores del ICN2 han revelado precisamente un efecto de este tipo: la flexoelectricidad del componente mineral del hueso.

La flexoelectricidad es una propiedad de algunos materiales que hace que emitan una pequeña tensión al aplicar una presión no uniforme. Esta respuesta es extremadamente localizada, debilitándose 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 en la punta de la grieta, un lugar atómicamente pequeño que, por definición, concentra la máxima deformación que un material es capaz de 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 tensión en los huesos y el mineral óseo puro (hidroxiapatita), los investigadores han podido calcular la magnitud exacta de este campo flexoeléctrico. Sus hallazgos muestran que es lo suficientemente grande dentro de las 50 micras requeridas 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.

Además, como se sabe que las células responsables de la síntesis de nuevo tejido óseo (osteoblastos) se adhieren cerca de la punta, parece que la distribución del campo eléctrico señala este punto como el centro del daño, convirtiéndose en un faro móvil para los esfuerzos de reparación a medida que se cura la grieta.

Estos resultados son prometedores para la industria protésica, donde nuevos materiales que reproducen o amplifican este efecto flexoeléctrico podrían utilizarse para guiar la regeneración tisular y permitir una asimilación más exitosa de los implantes.

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https://phys.org/journals/advanced-materials/
Fuentes & Referencias
http://dx.doi.org/10.1002/adma.201705316https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5365304/