研究者が開発した「マイクロロボット」は独自の骨を作る

スウェーデンのリンショーピング大学と日本の岡山大学の研究者チームは、形状を変化させて硬化する材料の組み合わせを開発しました。チームは、骨格の中での骨の成長に着想を得ました。

このユニークな材料は、骨の発達プロセスで骨格の中で見られる同じ材料を使用して、最初は柔らかい状態で始まり、硬化します。

リンショーピング大学の物理学、化学、生物学部（IFM）の准教授であるエドウィン・ジャーガーです。

「この材料を、異なる時点での異なる特性を持つ材料として使用したいと思っています。まず、材料は柔らかく柔軟で、そして硬化して固定されます。この材料は、例えば複雑な骨折に使用できます。また、マイクロロボットにも使用できます。柔らかいマイクロロボットは、薄い注射器で体内に注入され、そこで展開して固い骨を作り出すことができます」とジャーガーは述べています。

独自のバイオ分子の発見

チームは、日本での研究訪問中にジャーガーが骨の研究を行っている広島カミオカとエミリオ・ハラに出会ったときに、このアイデアを思いつきました。研究者たちは、短期間で骨の成長を刺激することができるバイオ分子の一種を見つけました。彼らは、これを材料研究と組み合わせて新しい材料を開発できるのではないかと考えてみました。

この研究は、Advanced Materialsに掲載されました。

研究では、さまざまな形状をとることができ、硬度を変化させることができるシンプルな「マイクロロボット」が作成されました。彼らは、アルギン酸ナトリウムを使用しました。アルギン酸ナトリウムは、ポリマー材料が一方に成長するジェル材料です。アルギン酸ナトリウムは、電気的に活性化されており、低電圧が適用されると体積が変化し、これによりマイクロロボットが特定の方向に湾曲します。

研究者たちは、ジェルの反対側にバイオ分子を付着させました。バイオ分子により、柔らかいジェル材料が硬化します。これらのバイオ分子は、骨の発達に重要な細胞の細胞膜から抽出されます。材料は、カルシウムとリン酸を含み、体に似た環境である細胞培養媒質に浸漬することができます。浸漬すると、バイオ分子によりジェルが鉱化して硬化します。

潜在的な応用

この新しい材料には、骨の治癒など、多くの潜在的な応用があります。材料は、柔らかい状態で複雑な骨折の空間に入り、硬化すると新しい骨の基礎を形成します。

研究者たちは、研究で材料を使用し、ニワトリの骨に材料を巻き付けてみました。人工骨はニワトリの骨とともに発達しました。

研究者たちは、材料の表面に模様を付けることで、マイクロロボットの湾曲方向を制御できます。例えば、材料の表面に直角の線を付けることで、マイクロロボットを半円に湾曲させることができます。斜めの線を付けることで、コークスクリューのように湾曲させることができます。

「材料の回転を制御することで、マイクロロボットの動きを変えることができ、破損した骨の中で材料が展開する方法にも影響を与えることができます。材料の構造にこれらの動きを組み込むことで、マイクロロボットを制御するための複雑なプログラムは不要になります」とジャーガーは述べています。

研究者たちは、今後、材料の特性と生体細胞との相互作用についてさらに調査します。これにより、材料の生体適合性についてより深い理解が得られる可能性があります。