Investigadores Desarrollan “Microrobots” Que Crean Su Propio Hueso

Un equipo de investigadores de las universidades de Linköping en Suecia y Okayama en Japón han desarrollado una combinación de materiales que pueden cambiar de forma y endurecerse. El equipo se inspiró en el crecimiento de los huesos en el esqueleto.

El material único comienza siendo suave antes de endurecerse a través de un proceso de desarrollo óseo que utiliza los mismos materiales que se encuentran en el esqueleto.

Edwin Jager es profesor asociado en el Departamento de Física, Química y Biología (IFM) de la Universidad de Linköping.

“Queremos utilizar esto para aplicaciones donde los materiales necesitan tener diferentes propiedades en diferentes momentos. Primero, el material es suave y flexible, y luego se bloquea en su lugar cuando se endurece. Este material podría ser utilizado en, por ejemplo, fracturas óseas complicadas. También podría ser utilizado en microrobots: estos microrobots suaves podrían ser inyectados en el cuerpo a través de una jeringa delgada, y luego se desplegarían y desarrollarían sus propios huesos rígidos”, dice Jager.

Descubriendo Biomoléculas Únicas

El equipo se inspiró en la idea durante una visita de investigación en Japón, donde Jager conoció a Hiroshi Kamioka y Emilio Hara, que investigan sobre huesos. Los investigadores descubrieron un tipo de biomolécula que podría estimular el crecimiento óseo en un corto período de tiempo, y se preguntaron si podría ser combinado con la investigación de materiales para desarrollar nuevos materiales.

El estudio se publicó en Advanced Materials.

En el estudio, el equipo creó un simple “microrobot” que puede cambiar de forma y rigidez. Confían en el alginato, que es un material gelatinoso donde un material polimérico se cultiva en un lado. El alginato también es electroactivo y cambia su volumen cuando se aplica una baja tensión, lo que hace que el microrobot se doble en una dirección específica.

Los investigadores luego adjuntaron biomoléculas en el otro lado del gel. Las biomoléculas permiten que el material gelatinoso suave se endurezca, y se extraen de la membrana celular de un tipo de célula crucial para el desarrollo óseo. El material puede ser sumergido en un medio de cultivo celular, que es un entorno que contiene calcio y fósforo y se asemeja al cuerpo. Una vez sumergido, las biomoléculas hacen que el gel se mineralice y se endurezca.

Aplicaciones Potenciales

Hay muchas aplicaciones potenciales para este nuevo material, como la curación de huesos. Cuando está en su forma suave, el material podría moverse en espacios en fracturas óseas complicadas antes de expandirse. Después de endurecerse, formaría la base para la construcción de nuevos huesos.

Los investigadores desplegaron el material en su estudio, envolviéndolo alrededor de huesos de pollo. El hueso artificial se desarrolló y creció junto con los huesos de pollo.

Los investigadores también pueden determinar cómo el microrobot se dobla haciendo patrones en el gel. Por ejemplo, si hacen líneas perpendiculares en la superficie del material, el microrobot se dobla en una semicircunferencia. Si hacen líneas diagonales, se dobla como un sacacorchos.

“Al controlar cómo se mueve el material, podemos hacer que el microrobot se mueva de diferentes maneras, y también afectar cómo el material se despliega en huesos rotos. Podemos incorporar estos movimientos en la estructura del material, haciendo que los programas complejos para dirigir estos robots sean innecesarios”, dice Jager.

Los investigadores ahora investigarán más a fondo las propiedades de los materiales y cómo trabajan junto con las células vivas. Esto podría proporcionar una comprensión más profunda de la biocompatibilidad de los materiales.