Alcuni materiali sono promettenti nel promuovere la rigenerazione ossea migliorando le sue proprietà elettriche naturali, secondo una recensione sulla rivista Scienza e tecnologia dei materiali avanzati .

Alcuni solidi, compreso l'osso, smalto e quarzo, formare un campo elettrico quando deformato. Questa proprietà, chiamato effetto piezoelettrico, accade quando una forza meccanica spinge gli atomi più vicini o più lontani, sconvolgendo l'equilibrio elettrico e facendo apparire cariche positive e negative sui lati opposti di un materiale.

Gli scienziati hanno scoperto che l'osso era un materiale piezoelettrico nel 1957. Da allora, hanno scoperto che la piezoelettricità si verifica quando le fibre di collagene osseo scivolano l'una contro l'altra. Ciò porta all'accumulo di cariche e alla generazione di una minuscola corrente, che apre i canali ionici del calcio nelle cellule ossee chiamate osteociti. Questo innesca una cascata di vie di segnalazione che alla fine promuovono la formazione ossea.

"La piezoelettricità è una delle numerose risposte meccaniche della matrice ossea che consente alle cellule ossee di reagire ai cambiamenti nel loro ambiente, " spiegano l'ingegnere biomedico Zong-Hong Lin della National Tsing Hua University di Taiwan e il medico Fu-Cheng Kao del Chang Gung Memorial Hospital di Taiwan, che ha condotto la revisione.

I ricercatori stanno cercando di sfruttare questa proprietà per migliorare la rigenerazione e la riparazione ossea. Per esempio, stanno esplorando materiali per fabbricare minuscoli, generatori elettrici autoalimentati che possono essere impiantati all'interno o all'esterno dell'osso per stimolarne i naturali processi di guarigione.

Alcuni team hanno accelerato significativamente la proliferazione e la differenziazione delle cellule embrionali di topo che formano l'osso quando utilizzano un cosiddetto nanogeneratore triboelettrico. Una corrente elettrica viene generata quando due materiali vengono separati e poi riportati in contatto. Questi nanogeneratori sono stati testati con materiali come il polidimetilsilossano, ossido di indiostagno, alluminio, e politetrafluoroetilene. Stanno mostrando il potenziale per il trattamento dell'osteoporosi e delle fratture correlate all'osteoporosi.

Nanogeneratori piezoelettrici, d'altra parte, sono realizzati collegando un elettrodo a un materiale piezoelettrico su un substrato flessibile, e generare una corrente quando viene applicata la forza. È stato anche dimostrato che questi nanogeneratori promuovono la proliferazione delle cellule che formano le ossa umane.

Oltre ai nanogeneratori, polimeri piezoelettrici, che hanno una buona biocompatibilità con i tessuti umani, stanno mostrando risultati promettenti come viti e perni riassorbibili in gravi fratture ossee, aiutando a evitare un secondo intervento chirurgico per la loro rimozione.

Le ceramiche piezoelettriche forniscono correnti elettriche più forti rispetto ai polimeri, ma può essere tossico. Ceramiche non a base di piombo, come il titanato di bario, idrossiapatite, e l'ossido di zinco sono i principali candidati per gli scaffold ossei che promuovono la crescita e la rigenerazione ossea e per i sostituti ossei artificiali.

Lin ei suoi colleghi prevedono che ulteriori ricerche porteranno ad applicazioni basate sulla piezoelettricità per l'ingegneria dei tessuti e la rigenerazione ossea.