연구자들, “미세로봇”을 개발하여 뼈를 자체적으로 생성한다

스웨덴의 린kö핑 대학교와 일본의 오카야마 대학교의 연구팀은 형태와 경도를 변화시키는 재료의 조합을 개발했다. 이 팀은 골격의 뼈 성장에서 영감을 받았다.

이 재료는 처음에는 부드럽지만 뼈 발달 과정을 통해 경화한다. 이 과정은 골격에서 발견되는 동일한 재료를 사용한다.

에드윈 재거는 린kö핑 대학교의 물리학, 화학, 생물학부(IFM)에서 부교수이다.

“우리는 이 재료를 다양한 특성을 가진 재료로 사용하고 싶다. 처음에는 부드럽고 유연하지만 경화되면 고정된다. 이 재료는 복잡한 골절에서 사용될 수 있다. 또한 미세로봇에서 사용될 수 있다. 이 부드러운 미세로봇은 얇은 주사기로 체내에 주입될 수 있다. 그런 다음 미세로봇은 펼쳐지고 자신의 뼈를 발달시킨다”라고 재거는 말했다.

고유한 생체분자의 발견

이 팀은 일본에서 연구 방문 중에 히로시 카미오카와 에밀리오 하라를 만나 뼈에 대한 연구를 시작했다. 연구자들은 뼈 성장을 짧은 시간에 자극할 수 있는 유형의 생체분자를 발견했다. 그들은 이 생체분자를 재료 연구와 결합하여 새로운 재료를 개발할 수 있을지 궁금했다.

이 연구는 Advanced Materials에 발표되었다.

이 연구에서 팀은 다양한 형태와 경도를 가지는 단순한 “미세로봇”을 만들었다. 그들은 알지네이트를 사용했다. 알지네이트는 폴리머 재료가 한쪽에 성장하는 젤 재료이다. 알지네이트는 또한 전기적으로 활성화되어 저전압이 적용될 때 부피가 변경된다. 이것은 미세로봇이 특정 방향으로 구부러지게 한다.

연구자들은 젤의 다른 쪽에 생체분자를 부착했다. 이 생체분자는 부드러운 젤 재료를 경화시킨다. 이 생체분자는 뼈 발달에 중요한 세포의 세포막에서 추출된다. 이 재료는 세포 배양 매체에 담글 수 있다. 이 매체는 칼슘과 인을 포함하는 환경으로 체내를 닮았다. 한 번 담그면 생체분자는 젤을 광물화하고 경화시킨다.

潜在的な応用

이 새로운 재료의 잠재적인 응용 분야는 많다. 예를 들어, 뼈 회복에 사용될 수 있다. 이 재료는 부드러운 형태로 있을 때 복잡한 골절의 공간으로 이동할 수 있다. 경화된 후에는 새로운 뼈의 기초를 형성한다.

연구자들은 이 재료를 연구에서 사용했다. 그들은 이 재료를 닭의 뼈에 감쌌다. 인공 뼈는 닭의 뼈와 함께 발달했다.

연구자들은 젤에 패턴을 만들어서 미세로봇의 구부림을 제어할 수 있다. 예를 들어, 재료의 표면에 수직선으로 선을 만들면 미세로봇은 반원형으로 구부러진다. 대각선으로 선을 만들면 미세로봇은 코르크스크류처럼 구부러진다.

“재료의 회전을 제어함으로써 미세로봇을 다양한 방식으로 움직일 수 있다. 또한 미세로봇이 어떻게 펼쳐지는지 영향을 줄 수 있다. 우리는 이 동작을 재료의 구조에 내장할 수 있다. 따라서 미세로봇을 제어하기 위한 복잡한 프로그램이 불필요하다”라고 재거는 말했다.

연구자들은 이제 재료의 특성과 생체 세포와의 상호작용을 더 조사할 것이다. 이것은 재료의 생체적합성에 대한 더 깊은 통찰력을 제공할 수 있다.