Flexoelectricidad en huesos

por

Flexoelectricity in Bones.

 

Fuente

Este artículo es originalmente publicado en:

 

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29345377

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201705316/abstract;jsessionid=F38FEA628757A858239DC2AF20E3ED8B.f02t01

 

De:

Vasquez-Sancho F1,2, Abdollahi A3, Damjanovic D4, Catalan G1,5.

Author information

1 Institut Català de Nanociencia i Nanotecnologia (ICN2), CSIC and The Barcelona Institute of Science and Technology (BIST), Campus UAB, Bellaterra, 08193, Barcelona, Catalonia, Spain.
2 Centro de Investigación en Ciencia e Ingeniería de Materiales (CICIMA), Universidad de Costa Rica, San José, 11501, Costa Rica.
3 Laboratori de Càlcul Numèric (LaCàN), Universitat Politècnica de Catalunya (UPC), Campus Nord UPC-C2, E-08034, Barcelona, Spain.
4 Ecole Politechnique Federale de Lausanne (EPFL), Lausanne, CH-1015, Switzerland.
5 Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats (ICREA), Pg. Lluís Companys 23, E-08010, Barcelona, Catalonia, Spain.

 2018 Jan 18. doi: 10.1002/adma.201705316. [Epub ahead of print]

 

 

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Abstract

Bones generate electricity under pressure, and this electromechanical behavior is thought to be essential for bone’s self-repair and remodeling properties. The origin of this response is attributed to the piezoelectricity of collagen, which is the main structural protein of bones. In theory, however, any material can also generate voltages in response to strain gradients, thanks to the property known as flexoelectricity. In this work, the flexoelectricity of bone and pure bone mineral (hydroxyapatite) are measured and found to be of the same order of magnitude; the quantitative similarity suggests that hydroxyapatite flexoelectricity is the main source of bending-induced polarization in cortical bone. In addition, the measured flexoelectric coefficients are used to calculate the (flexo)electric fields generated by cracks in bone mineral. The results indicate that crack-generated flexoelectricity is theoretically large enough to induce osteocyte apoptosis and thus initiate the crack-healing process, suggesting a central role of flexoelectricity in bone repair and remodeling.

KEYWORDS:

bone remodeling; cracks; flexoelectricity; hydroxyapatite

 

 

Resumen

 

Los huesos generan electricidad bajo presión, y se considera que este comportamiento electromecánico es esencial para las propiedades de auto reparación y remodelación del hueso. El origen de esta respuesta se atribuye a la piezoelectricidad del colágeno, que es la principal proteína estructural de los huesos. En teoría, sin embargo, cualquier material también puede generar tensiones en respuesta a los gradientes de deformación, gracias a la propiedad conocida como flexoelectricidad. En este trabajo, se mide la flexoelectricidad del hueso y el mineral óseo puro (hidroxiapatita) y se encuentra que es del mismo orden de magnitud; la similitud cuantitativa sugiere que la flexoelectricidad de hidroxiapatita es la principal fuente de polarización inducida por flexión en el hueso cortical. Además, los coeficientes flexoeléctricos medidos se usan para calcular los campos eléctricos (flexo) generados por las grietas en el mineral óseo. Los resultados indican que la flexoelectricidad generada por grietas es teóricamente lo suficientemente grande como para inducir la apoptosis de osteocitos y, por lo tanto, iniciar el proceso de curación de grietas, lo que sugiere un papel central de la flexoelectricidad en la reparación y remodelación óseas.

 

PALABRAS CLAVE:

remodelación ósea; grietas; flexoelectricidad; hidroxiapatita

 

PMID:  29345377    DOI:   10.1002/adma.201705316