باحثون يطورون “مايكرو روبوتات” تقوم بصنع عظامها الخاصة

فريق من الباحثين في جامعة لينكوبينغ في السويد وجامعة أوكاياما في اليابان طور مزيجًا من المواد التي يمكن أن تتخذ أشكالًا وتتصلب. واستلهم الفريق ذلك من نمو العظام في الهيكل العظمي.

المادة الفريدة تبدأ ناعمة قبل أن تتصلب من خلال عملية نمو العظام التي تستخدم نفس المواد الموجودة في الهيكل العظمي.

إدвин جاغر هو أستاذ مشارك في قسم الفيزياء والكيمياء والأحياء (IFM) في جامعة لينكوبينغ.

“نريد استخدام هذه المادة في تطبيقات حيث تحتاج المواد إلى أن تكون لها خصائص مختلفة في نقاط زمنية مختلفة. أولاً ، تكون المادة ناعمة ومطاطية ، ثم تقفل في مكانها عندما تتصلب. يمكن استخدام هذه المادة في حالات كسر العظام المعقدة. يمكن استخدامها أيضًا في المايكرو روبوتات – يمكن حقن هذه المايكرو روبوتات الناعمة في الجسم من خلال إبرة رفيعة ، ثم تنبسط وتكوّن عظامها الصلبة الخاصة بها” ، يقول جاغر.

اكتشاف الجزيء البيولوجي الفريد

جاء الفريق بالفكرة خلال زيارة بحثية في اليابان حيث التقى جاغر بهيروشي كاميوكا وإميليو هارا ، اللذين يجريان أبحاثًا حول العظام. اكتشف الباحثون نوعًا من الجزيئات البيولوجية التي يمكن أن تحفز نمو العظام في فترة زمنية قصيرة ، وطرحوا السؤال عما إذا كان يمكن دمجها مع أبحاث المواد لتطوير مواد جديدة.

نشرت الدراسة في Advanced Materials.

في الدراسة ، أنشأ الفريق “مايكرو روبوت” بسيط يمكن أن يتخذ أشكالًا مختلفة وتتغير صلابته. اعتمدوا على الألجينات ، وهو مادة هلامية حيث تُنمّى مادة بوليمرية على أحد الجانبين. الألجينات هو أيضًا نشط كهربائيًا ويتغير حجمه عند تطبيق جهد منخفض ، مما يسبب انحناء المايكرو روبوت في اتجاه معين.

ثم أرفق الباحثون الجزيئات البيولوجية على الجانب الآخر من الهلام. تتيح الجزيئات البيولوجية للمادة الهلامية الناعمة أن تتصلب ، وهي مستخرجة من غشاء الخلية لنوع من الخلايا حاسمة في تطور العظام. يمكن غمر المادة في وسط لزراعة الخلايا ، وهو بيئة تحتوي على الكالسيوم والفوسفور وتشبه الجسم. بمجرد غمرها ، تؤدي الجزيئات البيولوجية إلى تمعدن الهلام وتصلبه.

التطبيقات المحتملة

هناك العديد من التطبيقات المحتملة لهذه المادة الجديدة ، مثل شفاء العظام. عندما تكون في شكلها الناعم ، يمكن للمادة أن تتحرك إلى فراغات في كسور العظام المعقدة قبل التمدد. بعد التصلد ، ستشكل الأساس لبناء عظام جديدة.

استخدم الباحثون المادة في دراستهم ، ولفوها حول عظام الدجاج. تم تطوير العظام الاصطناعية ونموها مع عظام الدجاج.

يمكن للباحثين أيضًا تحديد كيفية انحناء المايكرو روبوت عن طريق صنع أنماط في الهلام. على سبيل المثال ، إذا قاموا بصنع خطوط متعامدة على سطح المادة ، فإن المايكرو روبوت سينحني في شكل نصف دائرة. إذا قاموا بصنع خطوط قطرية ، فإنه سينحني مثل لولب فتّاحة سدادات الفلين.

“من خلال التحكم في كيفية دوران المادة ، يمكننا جعل المايكرو روبوت يتحرك بطرق مختلفة ، وأيضًا التأثير على كيفية فتح المادة في العظام المكسورة. يمكننا دمج هذه الحركات في هيكل المادة ، مما يجعل البرامج المعقدة لتوجيه هذه الروبوتات غير ضرورية” ، يقول جاغر.

سيبحث الباحثون الآن بشكل أعمق في خصائص المواد وكيفية عملها مع الخلايا الحية. يمكن أن يوفر ذلك رؤية أعمق في التوافق البيولوجي للمواد.