Cercetătorii dezvoltă “microroboți” care își creează propriul os

O echipă de cercetători de la universitățile din Linköping, Suedia și Okayama, Japonia, a dezvoltat o combinație de materiale care pot lua forme și se pot întări. Echipa a fost inspirată de creșterea oaselor în schelet.

Materialul unic pornește moale înainte de a se întări printr-un proces de dezvoltare a oaselor care utilizează aceleași materiale găsite în schelet.

Edwin Jager este profesor asociat la Departamentul de Fizică, Chimie și Biologie (IFM) de la Universitatea din Linköping.

“Vrem să folosim acest material pentru aplicații în care materialele trebuie să aibă proprietăți diferite la momente diferite. În primul rând, materialul este moale și flexibil, și apoi se blochează în poziție atunci când se întărește. Acest material ar putea fi utilizat, de exemplu, în fracturi osoase complicate. De asemenea, ar putea fi utilizat în microroboți – acești microroboți moi ar putea fi injectați în corp prin intermediul unei seringi subțiri, și apoi ar putea să se desfășoare și să-și dezvolte propriile oase rigide”, spune Jager.

Descoperirea unei biomolecule unice

Echipa a avut ideea în timpul unei vizite de cercetare în Japonia, unde Jager s-a întâlnit cu Hiroshi Kamioka și Emilio Hara, care efectuează cercetări asupra oaselor. Cercetătorii au descoperit un tip de biomoleculă care ar putea stimula creșterea oaselor într-un timp scurt, și s-au întrebat dacă ar putea fi combinată cu cercetarea materialelor pentru a dezvolta materiale noi.

Studiul a fost publicat în Advanced Materials.

În studiu, echipa a creat un “microrobot” simplu care poate lua forme diferite și schimba rigiditatea. Ei s-au bazat pe alginat, care este un material gelatinos în care un material polimeric este cultivat pe o parte. Alginatul este, de asemenea, electroactiv și își schimbă volumul atunci când se aplică o tensiune joasă, și aceasta determină microrobotul să se îndoaie într-o direcție specifică.

Cercetătorii au atașat apoi biomolecule pe partea opusă a gelului. Biomoleculele permit materialului gelatinos moale să se întărească, și sunt extrase din membrana celulară a unui tip de celule esențial pentru dezvoltarea oaselor. Materialul poate fi apoi imersat într-un mediu de cultură celulară, care este un mediu care conține calciu și fosfor și seamănă cu corpul. Odată ce este imersat, biomoleculele fac gelul să se mineralizeze și să se întărească.

Aplicații potențiale

Există multe aplicații potențiale pentru acest material nou, cum ar fi vindecarea oaselor. Atunci când se află în forma sa moale, materialul ar putea pătrunde în spațiile din fracturile osoase complicate înainte de a se extinde. După întărire, ar forma baza pentru construirea unor noi oase.

Cercetătorii au utilizat materialul în studiul lor, înfășurându-l în jurul oaselor de pui. Osul artificial a fost apoi dezvoltat și a crescut împreună cu oasele de pui.

Cercetătorii pot, de asemenea, să determine cum se va îndoi microrobotul prin crearea unor modele în gel. De exemplu, dacă creează linii perpendiculare pe suprafața materialului, microrobotul se va îndoi într-un semicerc. Dacă creează linii diagonale, se va îndoi ca o spirală.

“Prin controlul modului în care materialul se rotește, putem face ca microrobotul să se miște în moduri diferite, și, de asemenea, să afectăm modul în care materialul se desfășoară în oasele fracturate. Putem încorpora aceste mișcări în structura materialului, făcând astfel programe complexe pentru controlul acestor roboți inutile”, spune Jager.

Cercetătorii vor examina acum mai departe proprietățile materialelor și modul în care acestea interacționează cu celulele vii. Acest lucru ar putea oferi o înțelegere mai profundă a biocompatibilității materialelor.