La flexoelectricitat activa el procés de reparació dels ossos

La flexoelectricitat activa el procés de reparació dels ossos

Representació dels gradients de tensió en els fronts de fractura del mineral ossi

Descarregar

L’investigador Amir Abdollahi, del Laboratori de Càlcul Numèric (LaCàn) de la UPC, ha participat en un estudi en el que s’ha identificat la flexoelectricitat com a possible responsable en la regeneració del teixit ossi, davant les microfractures que pateixen els ossos.

30/01/2018

Investigadors de l’Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2), centre Severo Ochoa ubicat al campus de la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) i membre del Barcelona Institute of Science and Technology (BIST), han descobert que els ossos també són flexoelèctrics. Segons proposen, la flexoelectricitat tindria una funció important en la regeneració del teixit ossi per fer front a les microfractures que amb gran freqüència pateixen els ossos. El grup ICN2 de Nanofísica d’Òxids, encapçalat pel professor ICREA Gustau Catalan, publica aquests resultats a la revista de referència Advanced Materials, juntament amb Fabián Vásquez-Sancho com a primer autor. El treball, que també signa l’investigador Amir Abdollahi, del LaCàn de la UPC, juntament amb altres científics, té implicacions potencials en el camp de les pròtesis i en el desenvolupament de materials auto-reparables biomimètics.

El fet que els ossos generen electricitat sota pressió, estimulant així l’auto-reparació i el remodelat, era ja sabut. Després de descriure’s per primera vegada als anys cinquanta, es va atribuir inicialment a la piezoelectricitat d’un dels components orgànics dels ossos, el col·lagen. No obstant això, estudis posteriors han observat marcadors de reparació òssia en absència de col·lagen, suggerint que podria ser deguda a altres efectes. En aquest treball els investigadors de l’ICN2 n’han revelat el veritable responsable: la flexoelectricitat del component mineral dels ossos.

La flexoelectricitat és un fenomen electromecànic que es dona en la nanoescala i és present en alguns materials mitjançant la qual emeten un petit voltatge quan se’ls aplica una pressió no homogènia. La resposta és extremadament localitzada, fent-se més dèbil a mida que ens allunyem del punt de màxim estrès. En microfractures es concentra a la punta de l’esquerda, un punt anatòmic petit que, per definició, concentra la màxima tensió que pot suportar un material abans de trencar-se. El resultat és un camp flexoelèctric de tal magnitud que, a la zona propera a la fractura, eclipsa qualsevol possible efecte piezoelèctric procedent del col·lagen.

Emprant l’estudi de gradients de tensió, tant en ossos com en mineral ossi pur (hidroxiapatita), els investigadors han estat capaços de mesurar amb precisió la magnitud del camp elèctric format. En el càlcul d’aquestes mesures hi ha participat l’investigador Amir Abdollahi, de LaCàn de la UPC. Els seus resultats indiquen que es tracta d’un efecte prou gran com per a què, a 50 micres de la punta de l’esquerda, pugui ser detectat per les cèl·lules responsables de la reparació òssia. La flexoelectricitat queda així implicada de manera directa en el procés. 

Aquest descobriment resulta prometedor per a la indústria de les pròtesis. Mitjançant materials que reprodueixin o amplifiquin l’efecte flexoelèctric seria possible guiar la reparació tissular de manera que es millorés la integració d’una pròtesi. 

En el present estudi, finançat a través d’un projecte de l’European Research Council (ERC), hi ha col·laborat, a més del Laboratori de Càlcul Numèric de la UPC, el Centro de Investigación en Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad de Costa Rica (CICIMA, Costa Rica) i l’École Politechnique Federale de Lausanne (EPFL, Suiza). 

Article de referència:

Vídeo:

Notícia relacionada: