Les chercheurs développent des « microrobots » qui créent leur propre os

Une équipe de chercheurs des universités de Linköping en Suède et d’Okayama au Japon a développé une combinaison de matériaux qui peut se morpher en formes et durcir. L’équipe a été inspirée par la croissance des os dans le squelette.

Le matériau unique commence doux avant de durcir à travers un processus de développement osseux qui utilise les mêmes matériaux que ceux trouvés dans le squelette.

Edwin Jager est professeur associé au Département de physique, chimie et biologie (IFM) de l’Université de Linköping.

« Nous voulons utiliser cela pour des applications où les matériaux doivent avoir différentes propriétés à différents moments. Tout d’abord, le matériau est doux et flexible, et il est ensuite verrouillé en place lorsqu’il durcit. Ce matériau pourrait être utilisé, par exemple, dans des fractures osseuses compliquées. Il pourrait également être utilisé dans des microrobots – ces microrobots souples pourraient être injectés dans le corps à travers une seringue fine, et puis ils se déplieraient et développeraient leurs propres os rigides », déclare Jager.

Découverte d’une biomolécule unique

L’équipe est venue avec l’idée lors d’une visite de recherche au Japon où Jager a rencontré Hiroshi Kamioka et Emilio Hara, qui effectuent des recherches sur les os. Les chercheurs ont découvert un type de biomolécule qui pourrait stimuler la croissance osseuse en un court laps de temps, et ils se sont demandé si elle pourrait être combinée avec des recherches sur les matériaux pour développer de nouveaux matériaux.

L’étude a été publiée dans Advanced Materials.

Dans l’étude, l’équipe a créé un simple « microrobot » qui peut prendre différentes formes et changer de rigidité. Ils ont compté sur l’alginate, qui est un matériau gélatineux où un matériau polymère est cultivé d’un côté. L’alginate est également électroactif et change de volume lorsqu’une faible tension est appliquée, et cela fait que le microrobot se courbe dans une direction spécifique.

Les chercheurs ont ensuite attaché des biomolécules de l’autre côté du gel. Les biomolécules permettent au matériau gélatineux doux de durcir, et elles sont extraites de la membrane cellulaire d’un type de cellule crucial pour le développement osseux. Le matériau peut alors être immergé dans un milieu de culture cellulaire, qui est un environnement qui contient du calcium et du phosphore et ressemble au corps. Une fois qu’il est immergé, les biomolécules font que le gel se minéralise et durcit.

Applications potentielles

Il existe de nombreuses applications potentielles pour ce nouveau matériau, telles que la guérison des os. Lorsqu’il est sous sa forme douce, le matériau pourrait se déplacer dans les espaces des fractures osseuses compliquées avant de se dilater. Après durcissement, il formerait la base de la construction d’un nouvel os.

Les chercheurs ont déployé le matériau dans leur étude, en l’enroulant autour d’os de poulet. L’os artificiel a ensuite été développé et a grandi avec les os de poulet.

Les chercheurs peuvent également déterminer comment le microbot va se courber en faisant des motifs dans le gel. Par exemple, s’ils font des lignes perpendiculaires sur la surface du matériau, le microrobot se courbera en demi-cercle. S’ils font des lignes diagonales, il se courbera comme un tire-bouchon.

« En contrôlant la façon dont le matériau tourne, nous pouvons faire que le microrobot se déplace de différentes manières, et également affecter la façon dont le matériau se déplie dans les os brisés. Nous pouvons intégrer ces mouvements dans la structure du matériau, ce qui rend les programmes complexes pour diriger ces robots inutiles », déclare Jager.

Les chercheurs vont maintenant examiner plus en détail les propriétés des matériaux et la façon dont ils travaillent avec les cellules vivantes. Cela pourrait fournir une compréhension plus approfondie de la biocompatibilité des matériaux.