Certains matériaux sont prometteurs en favorisant la régénération osseuse en améliorant ses propriétés électriques naturelles, selon une critique dans le journal Science et technologie des matériaux avancés .

Quelques solides, y compris l'os, émail et quartz, forment un champ électrique lorsqu'ils sont déformés. Cette propriété, appelé effet piézoélectrique, se produit lorsqu'une force mécanique rapproche ou éloigne les atomes, bouleversant l'équilibre électrique et provoquant l'apparition de charges positives et négatives sur les côtés opposés d'un matériau.

Les scientifiques ont découvert que l'os était un matériau piézoélectrique en 1957. Depuis lors, ils ont découvert que la piézoélectricité se produit lorsque les fibres de collagène osseux glissent les unes contre les autres. Cela conduit à l'accumulation de charges et à la génération d'un petit courant, qui ouvre des canaux ioniques calcium dans les cellules osseuses appelées ostéocytes. Cela déclenche une cascade de voies de signalisation qui favorisent finalement la formation osseuse.

"La piézoélectricité est l'une des nombreuses réponses mécaniques de la matrice osseuse qui permet aux cellules osseuses de réagir aux changements de leur environnement, " expliquent l'ingénieur biomédical Zong-Hong Lin de l'Université nationale Tsing Hua de Taïwan et le médecin Fu-Cheng Kao de l'hôpital Chang Gung Memorial de Taïwan, qui a dirigé l'examen.

Les chercheurs cherchent à tirer parti de cette propriété pour améliorer la régénération et la réparation osseuses. Par exemple, ils explorent des matériaux pour fabriquer de minuscules, générateurs électriques auto-alimentés qui peuvent être implantés à l'intérieur ou à l'extérieur de l'os pour stimuler ses processus naturels de guérison.

Certaines équipes ont considérablement accéléré la prolifération et la différenciation des cellules embryonnaires de souris ostéoformatrices en utilisant un nanogénérateur dit triboélectrique. Un courant électrique est généré lorsque deux matériaux sont séparés puis remis en contact. Ces nanogénérateurs ont été testés avec des matériaux tels que le polydiméthylsiloxane, l'oxyde d'étain indium, aluminium, et le polytétrafluoroéthylène. Ils montrent un potentiel pour le traitement de l'ostéoporose et des fractures liées à l'ostéoporose.

Nanogénérateurs piézoélectriques, d'autre part, sont réalisés en connectant une électrode à un matériau piézoélectrique sur un substrat souple, et générer un courant lorsqu'une force est appliquée. Il a également été démontré que ces nanogénérateurs favorisent la prolifération des cellules osseuses humaines.

Outre les nanogénérateurs, polymères piézoélectriques, qui ont une bonne biocompatibilité avec les tissus humains, sont prometteurs en tant que vis et broches résorbables dans les fractures osseuses sévères, évitant ainsi une seconde intervention chirurgicale pour leur ablation.

Les céramiques piézoélectriques fournissent des courants électriques plus forts que les polymères, mais peut être toxique. Céramiques sans plomb, comme le titanate de baryum, hydroxyapatite, et l'oxyde de zinc sont des candidats de premier plan pour les échafaudages osseux qui favorisent la croissance et la régénération osseuses et pour les substituts osseux artificiels.

Lin et ses collègues s'attendent à ce que d'autres recherches conduisent à des applications basées sur la piézoélectricité pour l'ingénierie tissulaire et la régénération osseuse.