I ricercatori sviluppano “microrobot” che creano il proprio osso

Un team di ricercatori delle università di Linköping in Svezia e Okayama in Giappone ha sviluppato una combinazione di materiali che possono cambiare forma e indurirsi. Il team si è ispirato alla crescita delle ossa nello scheletro.

Il materiale unico inizia come morbido prima di indurirsi attraverso un processo di sviluppo osseo che utilizza gli stessi materiali trovati nello scheletro.

Edwin Jager è un professore associato al Dipartimento di Fisica, Chimica e Biologia (IFM) dell’Università di Linköping.

“Vogliamo utilizzare questo per applicazioni in cui i materiali devono avere proprietà diverse in momenti diversi. Inizialmente, il materiale è morbido e flessibile, e poi si blocca quando si indurisce. Questo materiale potrebbe essere utilizzato, ad esempio, in fratture ossee complesse. Potrebbe anche essere utilizzato in microrobot – questi microrobot morbidi potrebbero essere iniettati nel corpo attraverso una siringa sottile, e poi si svilupperebbero e creerebbero le proprie ossa rigide”, dice Jager.

Scoperta di un biomolecola unica

Il team ha avuto l’idea durante una visita di ricerca in Giappone, dove Jager ha incontrato Hiroshi Kamioka e Emilio Hara, che conducono ricerche sulle ossa. I ricercatori hanno scoperto un tipo di biomolecola che potrebbe stimolare la crescita ossea in un breve periodo di tempo, e si sono chiesti se potesse essere combinata con la ricerca sui materiali per sviluppare nuovi materiali.

Lo studio è stato pubblicato su Advanced Materials.

Nello studio, il team ha creato un semplice “microrobot” che può assumere diverse forme e cambiare rigidità. Hanno fatto affidamento sull’alginate, che è un materiale gelatinoso in cui un materiale polimerico è cresciuto su un lato. L’alginate è anche elettroattiva e cambia volume quando si applica una bassa tensione, e ciò fa piegare il microrobot in una direzione specifica.

I ricercatori hanno quindi attaccato biomolecole sull’altro lato del gel. Le biomolecole consentono al materiale gelatinoso morbido di indurirsi, e sono estratte dalla membrana cellulare di un tipo di cellula cruciale per lo sviluppo osseo. Il materiale può quindi essere immerso in un mezzo di coltura cellulare, che è un ambiente che contiene calcio e fosforo e somiglia al corpo. Una volta immerso, le biomolecole fanno mineralizzare e indurire il gel.

Applicazioni potenziali

Ci sono molte applicazioni potenziali per questo nuovo materiale, come la guarigione ossea. Quando è nella sua forma morbida, il materiale potrebbe muoversi in spazi di fratture ossee complesse prima di espandersi. Dopo l’indurimento, formerebbe la base per la costruzione di nuovo osso.

I ricercatori hanno utilizzato il materiale nel loro studio, avvolgendolo intorno a ossa di pollo. L’osso artificiale è stato quindi sviluppato e cresciuto insieme alle ossa di pollo.

I ricercatori possono anche determinare come il microrobot si piega creando pattern nel gel. Ad esempio, se creano linee perpendicolari sulla superficie del materiale, il microrobot si piega in un semicerchio. Se creano linee diagonali, si piega come un cavatappi.

“Controllando come il materiale si piega, possiamo far muovere il microrobot in modi diversi, e anche influenzare come il materiale si sviluppa in ossa rotte. Possiamo incorporare questi movimenti nella struttura del materiale, rendendo inutili programmi complessi per guidare questi robot”, dice Jager.

I ricercatori ora esamineranno ulteriormente le proprietà dei materiali e come lavorano insieme con le cellule viventi. Ciò potrebbe fornire una comprensione più profonda della biocompatibilità dei materiali.