Peneliti Mengembangkan “Mikrobot” yang Membuat Tulang Buatan

Tim peneliti dari universitas Linköping di Swedia dan Okayama di Jepang telah mengembangkan kombinasi bahan yang dapat berubah bentuk dan mengeras. Tim ini terinspirasi oleh pertumbuhan tulang di kerangka.

Bahan unik ini awalnya lembut sebelum mengeras melalui proses pengembangan tulang yang menggunakan bahan yang sama seperti yang ditemukan di kerangka.

Edwin Jager adalah profesor asosiasi di Departemen Fisika, Kimia, dan Biologi (IFM) di Universitas Linköping.

“Kami ingin menggunakan ini untuk aplikasi di mana bahan perlu memiliki sifat yang berbeda pada titik waktu yang berbeda. Pertama, bahan ini lembut dan fleksibel, dan kemudian dikunci pada tempat ketika mengeras. Bahan ini dapat digunakan dalam, misalnya, patah tulang yang rumit. Ini juga dapat digunakan dalam mikrobot – mikrobot lembut ini dapat disuntikkan ke dalam tubuh melalui jarum suntik yang tipis, dan kemudian mereka akan terbuka dan mengembangkan tulang yang kaku,” kata Jager.

Menemukan Biomolekul Unik

Tim ini mendapatkan ide ini selama kunjungan penelitian di Jepang di mana Jager bertemu dengan Hiroshi Kamioka dan Emilio Hara, yang melakukan penelitian tentang tulang. Peneliti menemukan jenis biomolekul yang dapat merangsang pertumbuhan tulang dalam waktu singkat, dan mereka bertanya-tanya apakah ini dapat dikombinasikan dengan penelitian bahan untuk mengembangkan bahan baru.

Studi ini diterbitkan di Advanced Materials.

Dalam studi ini, tim menciptakan “mikrobot” sederhana yang dapat mengambil bentuk yang berbeda dan mengubah kekakuan. Mereka mengandalkan alginate, yang merupakan bahan gel di mana bahan polimer tumbuh di satu sisi. Alginate juga elektroaktif dan mengubah volumenya ketika tegangan rendah diterapkan, dan ini menyebabkan mikrobot melengkung dalam arah tertentu.

Peneliti kemudian menempelkan biomolekul di sisi lain gel. Biomolekul memungkinkan bahan gel yang lembut mengeras, dan mereka diekstrak dari membran sel jenis sel yang penting untuk pengembangan tulang. Bahan ini kemudian dapat dicelupkan dalam medium kultur sel, yang merupakan lingkungan yang mengandung kalsium dan fosfor dan menyerupai tubuh. Setelah dicelupkan, biomolekul membuat gel mengeras dan mengeras.

Aplikasi Potensial

Ada banyak aplikasi potensial untuk bahan baru ini, seperti penyembuhan tulang. Ketika dalam bentuk lembut, bahan ini dapat bergerak ke dalam ruang di patah tulang yang rumit sebelum mengembang. Setelah mengeras, ini akan membentuk dasar untuk konstruksi tulang baru.

Peneliti menerapkan bahan ini dalam studi mereka, membungkusnya di sekitar tulang ayam. Tulang buatan kemudian dikembangkan dan tumbuh bersama dengan tulang ayam.

Peneliti juga dapat menentukan bagaimana mikrobot akan melengkung dengan membuat pola di gel. Misalnya, jika mereka membuat garis-garis tegak lurus di permukaan bahan, mikrobot akan melengkung dalam bentuk setengah lingkaran. Jika mereka membuat garis-garis diagonal, ini akan melengkung seperti sekrup.

“Dengan mengontrol bagaimana bahan berputar, kita dapat membuat mikrobot bergerak dalam cara yang berbeda, dan juga mempengaruhi bagaimana bahan membuka di tulang yang patah. Kita dapat menyematkan gerakan ini ke dalam struktur bahan, membuat program yang kompleks untuk mengarahkan robot ini tidak perlu,” kata Jager.

Peneliti sekarang akan melihat lebih lanjut sifat-sifat bahan dan bagaimana mereka bekerja sama dengan sel hidup. Ini dapat memberikan wawasan yang lebih dalam tentang biokompatibilitas bahan.