Durante nuestras actividades cotidianas, como caminar, correr, alzar algún objeto o realizar ciertos movimientos, es normal que los huesos tengan microfracturas, es decir, que se formen pequeñas grietas en ellos.
Estas grietas se reparan por sí solas y nosotros no nos percatamos de ello, pues no se genera el menor dolor. ¿Cómo se repara? Aunque suene extraño, pequeños voltajes de electricidad son los responsables. Y precisamente un costarricense es el autor principal de la investigación que lo explica.
El sancarleño Fabián Vásquez Sancho, quien realiza su doctorado en el Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología, de la Universidad Autónoma de Barcelona, en España, estudió este proceso. Los resultados de él y su equipo fueron publicados en la revista Advanced Materials y él figura como autor principal.
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El estudio no solo se concentró en explorar el proceso. La información obtenida da pie para varias aplicaciones, entre ellas nuevas formas de diseñar prótesis con materiales que puedan ser más amigables para las células óseas.
Voltaje reparador
¿Cómo se descubrió este mecanismo en los huesos? Vásquez explicó a La Nación que durante su doctorado él trabaja en ver cómo es la flexoelectricidad en diferentes tipos de material. La flexoelectricidad es la electricidad que se produce cuando se flexiona algo, y es muy común en muchos materiales que no son conductores de electricidad (es decir, en los que la corriente eléctrica no fluye con facilidad).
Las microfracturas que se producen en nuestros huesos llevan a sus tejidos a flexionarse y ejercer presión. Por ello, Vásquez, su profesor Gustau Catalan y otros compañeros del instituto quisieron ver cuánta flexoelectricidad tenían los huesos.
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La primera parte de la investigación consistió en recopilar varios huesos y ejercerles presión para determinar si generaban flexoelectricidad y cuánta.
"Literalmente me fui a carnicerías a pedir huesos de vaca para comenzar a explorar", comentó este físico, quien también tiene una maestría en Nanotecnología (ciencia que estudia estructuras diminutas; un nanómetro equivale a dividir un metro en mil millones de partes).
Vásquez y sus compañeros doblaron varios huesos para determinar si tenían esta propiedad y a qué nivel. Para ello utilizaron instrumentos especializados en detectar las cargas eléctricas en diferentes materiales.
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Los investigadores determinaron no solo el nivel de flexoelectricidad en los huesos; también hallaron la forma en la que estos se reparan. En este proceso, un mineral llamado hidroxiapatita, muy común en los huesos, tendría un factor determinante, pues ayuda en la generación del voltaje.
¿Cómo influye la electricidad en los huesos? Cada vez que sucede una microfractura y el hueso se agrieta, se producen malformaciones y esto provoca la formación de pequeños campos flexoeléctricos.
Estos campos eléctricos afectan células cercanas en la matriz ósea, que se llaman osteocitos. Los osteocitos mueren y liberan proteínas.
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Otras células, los osteoclastos, detectan cambios en las concentraciones de estas proteínas y esto les permite ubicar la zona donde se encuentra el daño.
Finalmente, otras células llamadas osteoblastos se encargan de formar nuevamente el hueso.
Posibles aplicaciones
¿Para qué sirve todo este conocimiento? Vásquez y sus compañeros ya trabajan en ello. Estos datos ya sirven para la búsqueda de soluciones para prótesis. La idea es encontrar materiales que tengan una flexoelectricidad similar a la de los huesos y que puedan así adaptarse mejor al usuario.
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"La idea es buscar materiales con la misma electricidad, que se puedan imprimir en 3D y que a las células les 'agrade'. Es un proyecto que está apenas comenzando. Tal vez en unos cuatro o cinco años tengamos una prueba de concepto para empezar pruebas en animales", destacó Vásquez.
El científico destacó que tal vez transcurrirán unos diez años antes de tener una prótesis definitiva, pues es algo que debe comprobarse en cuanto eficacia, seguridad y viabilidad.
"Yo soy físico y a veces a uno le cuesta ver la aplicación de lo que uno estudia, porque es muy teórico, por ejemplo, hasta ahora estamos pudiendo ver aplicaciones de muchos trabajos de Einstein. Saber que esto podría estar a solo 10 años es muy emocionante", manifestó el muchacho.
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El material podría surgir de fuentes inesperadas. De momento, Vásquez trabaja analizando varios proyectos paralelos de flexoelectricidad en diferentes materiales.
Por ejemplo, un tipo de coral tiene una flexoelectricidad similar a la del hueso y podría ser un material por analizar.
Dentro de sus proyectos, este joven estudia no solo el coral, si no la flexoelectricidad en el camarón matis, los dientes y otros. No todos tienen potencial de ayudar en una prótesis, pero sí tener otras aplicaciones para la ciencia.
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¿Quién es Fabián Vásquez?
Fabián nació en Ciudad Quesada, San Carlos. Es el menor de dos hermanos. Está casado y tiene una hija de menos de un año.
Se graduó del Colegio Científico de San Carlos y a los 17 años se fue a vivir a San Pedro de Montes de Oca para estudiar Física en la Universidad de Costa Rica (UCR).
¿Cómo se decidió por esa carrera? Él asegura que fue casualidad.
"Siempre he estado muy interesado en la ciencia, en la escuela y colegio lo que más me gustaba eran las matemáticas y ciencias. Pensé en ingeniería electrónica en el Tecnológico, pero faltaron cinco puntos para entrar", relató.
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Y añadió: "un primo me dijo que estudiara lo que me llevara al trabajo soñado. En aquél entonces yo quería ser astronauta y la Física podía ser el inicio. Pero los intereses van cambiando, van surgiendo oportunidades y experiencias que te generan otros deseos".
Al terminar su doctorado, regresará a Costa Rica a trabajar. Dice que, aunque es posible que aquí no encuentre la tecnología que tiene en Barcelona, nuestra diversidad biológica da grandes posibilidades para investigaciones.
“No se necesitan equipos muy sofisticados. Costa Rica tiene el 5% de la biodiversidad mundial. Podemos encontrar cosas muy interesantes. Podríamos estudiar, por ejemplo, materiales en algunos insectos y ver cómo podrían tener aplicaciones”, concluyó.
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