Els ossos generen camps elèctrics que ajuden a reparar les microfractures

Quan a la classe de segon de batxillerat de física comencem a estudiar el camp elèctric, l’abstracció dels nostres alumnes es posa a prova. Poc sospitàvem que precisament el camp elèctric ens ajuda en el dia a dia per al bon funcionament dels nostres moviments fins a tal extrem.

 Els investigadors de l’ICN2 han descobert que el component mineral dels ossos, la hidroxiapatita, produeix “camps elèctrics al voltant d’un milió de vegades més potents a escala microscòpica

L’electricitat no només és la veu d’alarma que s’ha produït una microfractura, sinó també el senyal que indica als osteoblasts on dirigir-se per reparar l’os al llarg de tot el procés de regeneració

http://www.lavanguardia.com/ciencia/cuerpo-humano/20180120/44121261585/huesos-electricidad-reparar-microfracturas-flexoelectricidad-icn2.html

Los huesos sufren fracturas microscópicas constantemente por el estrés al que los sometemos. No producen ningún daño ni representan ningún problema porque se reparan rápidamente gracias a diminutos pero potentes campos eléctricos que generan los propios huesos, según ha revelado una investigación del Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2) en Bellaterra. El hallazgo allana la vía a producir prótesis de nuevos materiales que se integren mejor en el tejido óseo y que por lo tanto sean más duraderas.

Que los huesos generan electricidad ya se sabía desde hace décadas, pero se atribuía por completo al colágeno, una proteína que actúa como una especie de cemento en muchos tejidos del cuerpo. Sin embargo, los investigadores del ICN2 han descubierto que el componente mineral de los huesos, la hidroxiapatita, produce “campos eléctricos alrededor de un millón de veces más potentes a escala microscópica”, según ha declarado en rueda de prensa Fabián Vásquez-Sancho, autor principal del estudio, que publica hoy la revista científica Advanced Materials.

Los investigadores Fabián Vásquez-Sancho y Gustau Catalan, en la sede del Barcelona Institute of Technology (BIST)

Los investigadores Fabián Vásquez-Sancho y Gustau Catalan, en la sede del Barcelona Institute of Technology (BIST) (Elsa Velasco)

“Todos tenemos microfracturas. Surgen de forma espontánea con el uso diario de los huesos”, ha explicado Gustau Catalan, quien ha liderado la investigación. Son roturas de como máximo 40 micrómetros (un micrómetro es una milésima parte de un milímetro), generalmente cerca de la superficie del hueso.

Todos tenemos microfracturas. Surgen de forma espontánea con el uso diario de los huesos”

GUSTAU CATALAN

Líder de la investigación

En experimentos con muestras de ternera y cerdo, los investigadores han observado que, cuando el hueso se somete a presión, la hidroxiapatita del vértice de las grietas se dobla y genera un campo eléctrico de 5 voltios por milímetro, a través de un fenómeno conocido como flexoelectricidad. “Es una propiedad que tienen todos los materiales aislantes”, ha aclarado Catalan.

El campo eléctrico en el borde de las grietas es suficientemente intenso como para electrocutar las células óseas cercanas. La descarga las hace morir por apoptosis, un tipo de suicidio celular controlado, que libera moléculas que atraen a los osteoblastos, las células encargadas de reparar el hueso. Es como si los osteoblastos detectasen el “olor de las células muertas”, ha ilustrado Gustau Catalan.

El campo eléctrico –y el “olor” de las células que se suicidan electrocutadas– se va trasladando a medida que la grieta se cierra y su borde avanza. Así pues, la electricidad no sólo es la voz de alarma de que se ha producido una microfractura, sino también la señal que indica a los osteoblastos adónde dirigirse para reparar el hueso a lo largo de todo el proceso de regeneración.

“Es importante ejercer presión en las grietas para que se genere flexoelectricidad”, ha remarcado Catalan. Por eso, hacer actividad física es beneficioso para la salud de los huesos. Sin embargo, un exceso de ejercicio puede ser perjudicial. “El campo eléctrico que se genera es muy intenso”, ha puntualizado el investigador. Si se mantiene demasiado tiempo, “electrocutará a las células que se acerquen a reparar la grieta”. Por eso, para los investigadores es importante que exista un equilibrio entre ejercicio y reposo, especialmente en los atletas de alto nivel, quienes sufren más microfracturas, según ha destacado Fabián Vásquez-Sancho.

Es importante ejercer presión en las grietas para que se genere flexoelectricidad”

GUSTAU CATALAN

Basándose en el mecanismo que han descubierto, el grupo que lidera Gustau Catalan ha empezado ahora un proyecto para fabricar un prototipo de prótesis flexoeléctrica. Muchas prótesis de cadera, por ejemplo, se tienen que cambiar a los pocos años porque no se adaptan bien al tejido óseo. Con materiales que imiten mejor las propiedades del hueso, especialmente la flexoelectricidad, que está ligada con la regeneración, los investigadores buscan conseguir prótesis que se integren mejor en el cuerpo. “El proyecto para desarrollar el prototipo de prótesis durará dos años. Si funciona, pasaremos a ensayos clínicos”, ha informado Catalan. Su equipo planea también establecer colaboraciones con médicos para sondear si el descubrimiento puede tener otras posibles aplicaciones clínicas.

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