Ερευνητές αναπτύσσουν «μικρορομπότ» που δημιουργούν τα δικά τους οστά

Μια ομάδα ερευνητών στα πανεπιστήμια του Λίνκοπινγκ στη Σουηδία και του Οκαγιάμα στην Ιαπωνία έχει αναπτύξει έναν συνδυασμό υλικών που μπορεί να μεταμορφωθεί σε σχήματα και να σκληρύνει. Η ομάδα εμπνεύστηκε από την ανάπτυξη των οστών στο σκελετό.

Το μοναδικό υλικό είναι αρχικά μαλακό και στη συνέχεια σκληραίνει μέσω μιας διαδικασίας ανάπτυξης οστού που χρησιμοποιεί τα ίδια υλικά που βρίσκονται στο σκελετό.

Ο Edwin Jager είναι αναπληρωτής καθηγητής στο Τμήμα Φυσικής, Χημείας και Βιολογίας (IFM) στο Πανεπιστήμιο του Λίνκοπινγκ.

«Θέλουμε να χρησιμοποιήσουμε αυτό για εφαρμογές όπου τα υλικά πρέπει να έχουν διαφορετικές ιδιότητες σε διαφορετικά σημεία του χρόνου. Αρχικά, το υλικό είναι μαλακό και ευέλικτο, και στη συνέχεια κλειδώνεται στη θέση του όταν σκληρύνει. Αυτό το υλικό θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί, για παράδειγμα, σε περίπλοκα κατάγματα οστών. Θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί σε μικρορομπότ – αυτά τα μαλακά μικρορομπότ θα μπορούσαν να εγχυθούν στο σώμα μέσω μιας λεπτής βελόνας, και στη συνέχεια θα ξεδιπλώνονταν και θα ανέπτυσσαν τα δικά τους σκληρά οστά», λέει ο Jager.

Ανακάλυψη Μοναδικού Βιομορίου

Η ομάδα ήρθε με την ιδέα κατά τη διάρκεια μιας ερευνητικής επίσκεψης στην Ιαπωνία όπου ο Jager συνάντησε τους Hiroshi Kamioka και Emilio Hara, οι οποίοι διεξάγουν έρευνα για τα οστά. Οι ερευνητές ανακάλυψαν ένα είδος βιομορίου που θα μπορούσε να προκαλέσει οστική ανάπτυξη σε σύντομο χρονικό διάστημα, και αναρωτήθηκαν αν θα μπορούσε να συνδυαστεί με έρευνα υλικών για την ανάπτυξη νέων υλικών.

Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο Advanced Materials.

Στη μελέτη, η ομάδα δημιούργησε ένα απλό «μικρορομπότ» που μπορεί να πάρει διαφορετικά σχήματα και να αλλάξει σκληρότητα. Εξαρτήθηκαν από το αλγινικό, το οποίο είναι ένα υλικό σε μορφή γέλης όπου ένα πολυμερικό υλικό μεγαλώνει σε μια πλευρά. Το αλγινικό είναι επίσης ηλεκτροδραστικό και αλλάζει τον όγκο του όταν εφαρμοστεί χαμηλή τάση, και αυτό προκαλεί το μικρορομπότ να λυγίσει προς μια συγκεκριμένη κατεύθυνση.

Οι ερευνητές στη συνέχεια ένωσαν βιομόρια στην άλλη πλευρά της γέλης. Τα βιομόρια επιτρέπουν στο μαλακό υλικό σε μορφή γέλης να σκληρύνει, και εξάγονται από την κυτταρική μεμβράνη ενός τύπου κυττάρου που είναι κρίσιμο για την οστική ανάπτυξη. Το υλικό μπορεί στη συνέχεια να βυθιστεί σε ένα μέσο κυτταροκαλλιέργειας, το οποίο είναι ένα περιβάλλον που περιέχει ασβέστιο και φωσφόρο και μοιάζει με το σώμα. Μόλις βυθιστεί, τα βιομόρια κάνουν τη γέλη να ανοργανοποιείται και να σκληρύνει.

Πιθανές Εφαρμογές

Υπάρχουν πολλές πιθανές εφαρμογές για αυτό το νέο υλικό, όπως η οστική θεραπεία. Όταν είναι στη μαλακή του μορφή, το υλικό θα μπορούσε να κινηθεί σε χώρους σε περίπλοκα κατάγματα οστών πριν από την επέκταση. Μετά τη σκλήρυνση, θα σχηματίσει τη βάση για την κατασκευή νέου οστού.

Οι ερευνητές αναπτύσσουν το υλικό στη μελέτη, τυλίγοντας το γύρω από οστά κοτόπουλου. Το τεχνητό οστό αναπτύχθηκε και μεγάλωσε μαζί με τα οστά κοτόπουλου.

Οι ερευνητές μπορούν επίσης να καθορίσουν πώς θα λυγίσει το μικρορομπότ, δημιουργώντας μοτίβα στη γέλη. Για παράδειγμα, αν δημιουργήσουν κάθετες γραμμές στην επιφάνεια του υλικού, το μικρορομπότ θα λυγίσει σε ημικύκλιο. Αν δημιουργήσουν διαγώνιες γραμμές, θα λυγίσει σαν τιρμπουσόν.

«Ελέγχοντας πώς στρέφεται το υλικό, μπορούμε να κάνουμε το μικρορομπότ να κινηθεί με διαφορετικούς τρόπους, και επίσης να επηρεάσουμε πώς το υλικό ξεδιπλώνεται σε σπασμένα οστά. Μπορούμε να ενσωματώσουμε αυτές τις κινήσεις στη δομή του υλικού, καθιστώντας τα σύνθετα προγράμματα για την πλοήγηση αυτών των ρομπότ άχρηστα», λέει ο Jager.

Οι ερευνητές θα εξετάσουν περαιτέρω τις ιδιότητες των υλικών και πώς συνεργάζονται με τα ζωντανα κύτταρα. Αυτό θα μπορούσε να παρέχει βαθύτερη κατανόηση για τη βιοσυμβατότητα των υλικών.