A Flexoeletricidade no Reparo Ósseo

Pesquisadores do Instituto Catalão de Nanociência e Nanotecnologia (ICN2) conseguiram responder a uma das grandes questões não resolvidas do processo de reparação óssea: como os osteoblastos, as células responsáveis ​​pela formação do novo tecido ósseo, são ativados? Os resultados apontam um fenômeno eletromecânico que ocorre em nanoescala, chamado de flexoeletricidade, como um possível mecanismo que estimula e orienta a resposta celular durante o processo de reparo de uma fratura.

Pesquisadores do Instituto Catalão de Nanociência e Nanotecnologia (ICN2) conseguiram responder a uma das grandes questões não resolvidas do processo de reparação óssea: como os osteoblastos, as células responsáveis ​​pela formação do novo tecido ósseo, são ativados? Os resultados apontam um fenômeno eletromecânico que ocorre em nanoescala, chamado de flexoeletricidade, como um possível mecanismo que estimula e orienta a resposta celular durante o processo de reparo de uma fratura. 

O fato de que os ossos geram eletricidade sob pressão, estimulando o autoreparo e a remodelação, já era conhecido. Depois de ser descrito pela primeira vez na década de 50, este fenômeno foi inicialmente atribuído à piezoelétrica do colágeno, um dos componentes orgânicos dos ossos.

No entanto, estudos subsequentes observaram marcadores de reparação óssea na ausência de colágeno, sugerindo que poderia ser devido a outros efeitos. Neste trabalho, os pesquisadores do ICN2 revelaram o verdadeiro responsável: a flexoeletricidade do componente mineral dos ossos.

Flexoeletricidade é uma propriedade presente em alguns materiais por meio da qual eles emitem uma pequena tensão elétrica quando uma pressão não homogênea é aplicada. A resposta é extremamente localizada, tornando-se mais fraca quando nos afastamos do ponto de estresse máximo. Nas microfraturas, concentra-se na ponta da rachadura, um pequeno ponto anatômico que, por definição, concentra a tensão máxima que um material pode conter antes de quebrar. O resultado é um campo flexoelétrico de tal magnitude que, na área próxima à fratura, anula qualquer possível efeito piezoelétrico do colágeno.

Ao estudar os gradientes de estresse tanto no osso quanto no mineral ósseo puro (hidroxiapatita), os pesquisadores conseguiram medir com precisão a magnitude do campo elétrico formado. Seus resultados indicam que é um efeito grande o suficiente para que, a 50 mícrons da ponta da rachadura, possa ser detectada pelas células responsáveis ​​pelo reparo ósseo. Portanto, a flexoeletricidade está diretamente envolvida no processo.

Sabe-se que osteoblastos (as células responsáveis ​​pela síntese de tecido ósseo novo) se aderem perto da ponta da fratura. Portanto, parece que a distribuição do campo elétrico marcaria esse ponto como o epicentro do dano a ser reparado, tornando-se uma baliza móvel que sinaliza a localização do final da fratura à medida que ele se aquece.

Esta descoberta é promissora para a indústria de próteses. Por meio de materiais que reproduzam ou amplificam o efeito flexoelétrico, seria possível guiar o reparo de tecidos de forma a melhorar a integração de uma prótese. Os resultados da pesquisa foi publicado no Advanced Materials, com Fabián Vásquez-Sancho como primeiro autor.

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