I ricercatori dell'ICN2 Oxide Nanophysics Group guidati dall'ICREA Prof. Gustau Catalan hanno risolto una delle grandi incognite nel rimodellamento osseo:come vengono chiamate in azione le cellule responsabili della formazione di nuovo tessuto osseo. Il loro lavoro rivela il possibile ruolo di un fenomeno elettromeccanico su scala nanometrica, flexoelettricità, non solo nello stimolare la risposta cellulare, ma nel guidarlo con precisione durante tutto il processo di riparazione della frattura.
I ricercatori hanno scoperto che l'osso è flessoelettrico, ipotizzando il possibile ruolo della flexoelettricità nella rigenerazione del tessuto osseo dentro e intorno al tipo di microfratture che si verificano quotidianamente nelle ossa. Le loro scoperte, pubblicato oggi in Materiale avanzato con l'autore principale Fabián Vásquez-Sancho, hanno potenziali implicazioni per l'industria delle protesi e lo sviluppo di materiali biomimetici autorigeneranti.
Le ossa erano già note per generare elettricità sotto pressione, stimolando l'autoriparazione e il rimodellamento. Segnalato per la prima volta alla fine degli anni '50, questo è stato inizialmente attribuito alla piezoelettricità della componente organica dell'osso, collagene. Però, da allora gli studi hanno osservato marcatori di riparazione ossea in assenza di collagene, suggerendo che altri effetti sono in gioco. In questo lavoro i ricercatori di ICN2 hanno rivelato proprio un tale effetto:la flexoelettricità della componente minerale dell'osso.
La flexoelettricità è una proprietà di alcuni materiali che fa sì che emettano una piccola tensione in seguito all'applicazione di una pressione non uniforme. Questa risposta è estremamente localizzata, diventando più debole man mano che ci si allontana dal punto di massima sollecitazione lungo un gradiente di deformazione. Nelle microfratture è localizzato al bordo d'attacco o alla punta della fessura, un sito atomicamente piccolo che, per definizione, concentra la massima sollecitazione che un materiale è in grado di sopportare prima della rottura completa. Il risultato è un campo elettrico di una grandezza che, a questo livello locale, eclissa qualsiasi effetto piezoelettrico di collagene di fondo.
Studiando i gradienti di deformazione nelle ossa e nel minerale osseo puro (idrossiapatite), i ricercatori sono stati in grado di calcolare l'esatta grandezza di questo campo flessoelettrico. I loro risultati mostrano che è sufficientemente grande all'interno dei 50 micron richiesti della punta della fessura per essere rilevato dalle cellule responsabili della riparazione ossea, che implicherebbe direttamente la flexoelettricità in questo processo.
Per di più, poiché è noto che le cellule responsabili della sintesi di nuovo tessuto osseo (osteoblasti) si attaccano vicino alla punta, sembrerebbe che la distribuzione del campo elettrico segnali questo punto come il centro del danno, diventando un faro mobile per gli sforzi di riparazione mentre la crepa è guarita.
Questi risultati sono promettenti per l'industria delle protesi, dove nuovi materiali che riproducono o amplificano questo effetto flessoelettrico potrebbero essere utilizzati per guidare la rigenerazione dei tessuti e consentire un'assimilazione più efficace degli impianti.
