جریان الکتریسیته طبیعی استخوان‌ها به کمک ترمیم آن‌ها می‌آید

به گزارش خبرنگار فناوری خبرگزاری دانشجو، بعضی از مواد جامد، از جمله استخوان، مینا و کوارتز هنگام تغییر شکل میدان الکتریکی تولید می‌کنند. این خاصیت که اثر «پیزو الکتریک» یا «اثر فشاربرقی» نامیده می‌شود، هنگامی اتفاق می‌افتد که یک نیروی مکانیکی اتم‌ها را به هم نزدیک یا از هم جدا کند و به نوعی تعادل الکتریکی را بر هم بزند و باعث شود بار‌های مثبت و منفی در دو سوی ماده ظاهر شود.

دانشمندان در سال ۱۹۵۷ کشف کردند که استخوان یک ماده پیزو الکتریک است. بعد از تحقیقات بیشتر نیز دریافتند که وقتی فیبر‌های کلاژن استخوان روی یکدیگر می‌لغزند پیزو الکتریک رخ می‌دهد. این امر منجر به تجمع بار‌ها و تولید جریان برق کوچکی می‌شود که کانال‌های یون کلسیم را در سلول‌های استخوانی به نام استئوسیت‌ها باز می‌کند و در نتیجه باعث ایجاد آبشاری از مسیر‌های پیام‌رسانی می‌شود که در نهایت تشکیل استخوان را منجر می‌شود.

محققان می‌گویند: اثر فشاربرقی یکی از چندین پاسخ‌های مکانیکی ماتریکس استخوانی است که به سلول‌های استخوانی امکان می‌دهد نسبت به تغییرات محیطی خود واکنش نشان دهند. از این رو، محققان به دنبال بهره‌گیری از این خاصیت برای بهبود بازسازی و ترمیم استخوان هستند. به عنوان مثال، آن‌ها به دنبال کشف موادی برای تولید ژنراتور‌های برقی و خودکار کوچک هستند تا بتوانند در داخل یا خارج از استخوان بکارند و فرآیند‌های بهبود طبیعی آن را تحریک کنند.

بعضی از دانشمندان زمانی که در حال استفاده از یک نانوژنراتور با نام «تریبو الکتریک» بودند، توانستند به طور قابل توجهی رشد و تمایز سلول‌های تشکیل دهنده استخوان جنین موش را تسریع کنند. تمایز سلولی یا دگرگونی یاخته‌ای فرآیندی است که طی آن یاخته‌ها از نظر ویژگی‌های عملکردی به سطح بالاتری گذار می‌کنند.

معمولا جریان الکتریسته هنگامی ایجاد می‌شود که دو ماده از هم جدا شده و دوباره با هم تماس پیدا می‌کنند. این نانوژنراتور‌ها با موادی از قبیل: پلی‌متیل اسیلوکسان، اکسید ایندیومین، آلومینیوم و پلی‌تترا فلورو اتیلن آزمایش شدند. این مواد پتانسیل لازم را برای درمان پوکی استخوان و شکستگی‌های مربوط به پوکی استخوان را دارند.

گفتنی است که نانوژنراتور‌های پیزوالکتریک با اتصال یک الکترود به ماده پیزوالکتریک روی یک بستر انعطاف‌پذیر ساخته می‌شوند و در هنگام اعمال نیرو جریان الکتریسیته ایجاد می‌کنند. این نانوژنراتور‌ها باعث افزایش رشد سلول‌های تشکیل دهنده استخوان انسان می‌شوند.

دانشمندان امیدوارند که تحقیقات بیشتر به کاربرد‌های مبتنی بر پیزوالکتریک برای مهندسی بافت و بازسازی استخوان منجر شود.