นักวิจัยพัฒนา “มाइकโรโบต” ที่สร้างกระดูกของตนเอง

ทีมนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยลิงคอปิงในสวีเดนและมหาวิทยาลัยโอคายามะในญี่ปุ่นได้พัฒนาส่วนผสมของวัสดุที่สามารถเปลี่ยนรูปและแข็งตัวได้ ทีมนี้ได้รับแรงบันดาลใจจากกระบวนการเติบโตของกระดูกในโครงกระดูก

วัสดุอันพิเศษนี้เริ่มต้นด้วยสภาพอ่อนนุ่มก่อนจะแข็งตัวผ่านกระบวนการสร้างกระดูกที่ใช้วัสดุเดียวกับที่พบในโครงกระดูก

เอ็ดวิน จาเกอร์ เป็นรองศาสตราจารย์ที่ภาควิชาฟิสิกส์ เคมี และชีววิทยา (IFM) ที่มหาวิทยาลัยลิงคอปิง

“เราต้องการใช้สิ่งนี้สำหรับการใช้งานที่วัสดุจำเป็นต้องมีคุณสมบัติที่แตกต่างกันในแต่ละช่วงเวลา ในตอนแรก วัสดุนี้นุ่มและยืดหยุ่น และหลังจากนั้นก็ถูกล็อกเข้าที่เมื่อแข็งตัว วัสดุนี้สามารถใช้ในกระดูกหักซับซ้อนได้ และยังสามารถใช้ในมाइकโรโบต – ไมโครโรบอตอ่อนนุ่มเหล่านี้สามารถฉีดเข้าสู่ร่างกายผ่านกระบอกฉีดยาขนาดเล็ก จากนั้นจะคลี่ออกและพัฒนากระดูกแข็งของตนเอง” จาเกอร์กล่าว

การค้นพบชีวโมเลกุลที่เป็นเอกลักษณ์

ทีมได้แนวคิดนี้ระหว่างการเยือนญี่ปุ่นเพื่อทำวิจัยโดยที่จาเกอร์ได้พบกับฮิโรชิ คามิโอกะและเอ็มิลิโอ ฮารา ซึ่งทำการวิจัยเกี่ยวกับกระดูก นักวิจัยเหล่านี้ได้ค้นพบชีวโมเลกุลชนิดหนึ่งที่สามารถกระตุ้นการเติบโตของกระดูกในระยะเวลาสั้น และพวกเขาก็สงสัยว่ามันสามารถรวมกับการวิจัยวัสดุเพื่อพัฒนาวัสดุใหม่ๆ ได้หรือไม่

การศึกษานี้ได้รับการตีพิมพ์ใน Advanced Materials

ในงานศึกษา ทีมนี้ได้สร้าง “มाइकโรโบต” ที่สามารถเปลี่ยนรูปและเปลี่ยนความแข็งได้ พวกเขาได้พึ่งพาแอลจิเนต ซึ่งเป็นวัสดุเจลที่มีวัสดุพอลิเมอร์เติบโตบนหนึ่งด้าน แอลจิเนตยังมีคุณสมบัติทางไฟฟ้าและเปลี่ยนขนาดเมื่อมีการใช้แรงดันไฟฟ้าต่ำ และสิ่งนี้ทำให้มाइकโรโบตโค้งในแนวที่เฉพาะเจาะจง

นักวิจัยเหล่านี้ได้แนบชีวโมเลกุลไว้ที่ด้านอื่นของเจล ชีวโมเลกุลเหล่านี้ทำให้วัสดุเจลนุ่มแข็งตัว และพวกมันถูกถอดออกจากเยื่อหุ้มเซลล์ของเซลล์ที่สำคัญต่อการเติบโตของกระดูก วัสดุนี้สามารถแช่ในอาหารเลี้ยงเซลล์ได้ ซึ่งเป็นสภาพแวดล้อมที่มีแคลเซียมและฟอสฟอรัสและคล้ายกับร่างกาย เมื่อแช่ลงไป ชีวโมเลกุลจะทำให้เจลเกิดการสะสมแร่ธาตุและแข็งตัว

การประยุกต์ใช้ที่เป็นไปได้

มีการประยุกต์ใช้ที่เป็นไปได้มากมายสำหรับวัสดุใหม่นี้ เช่น การรักษากระดูกหัก เมื่อวัสดุนี้อยู่ในรูปนุ่ม มันสามารถเคลื่อนเข้าไปในพื้นที่ที่ซับซ้อนของกระดูกหักได้ก่อนที่จะขยายตัว หลังจากแข็งตัวแล้ว มันจะสร้างรากฐานสำหรับการก่อสร้างกระดูกใหม่

นักวิจัยได้ใช้วัสดุนี้ในการศึกษา โดยหุ้มรอบกระดูกไก่ กระดูกเทียมได้พัฒนาและเติบโตไปพร้อมกับกระดูกไก่

นักวิจัยสามารถกำหนดได้ว่ามाइकโรโบตจะโค้งในแนวที่ใดโดยการสร้างรูปแบบบนเจล ตัวอย่างเช่น หากพวกเขาสร้างเส้นตั้งฉากบนพื้นผิวของวัสดุ มाइकโรโบตจะโค้งเป็นรูปครึ่งวงกลม หากพวกเขาสร้างเส้นเอียง มันจะโค้งเป็นเกลียวเหมือนที่เปิดจุกก๊อก

“โดยการควบคุมวัสดุว่าจะโค้งในแนวที่ใด เราสามารถทำให้มाइकโรโบตเคลื่อนที่ในหลายวิธี และยังสามารถควบคุมวิธีที่วัสดุคลี่ออกภายในกระดูกที่หัก เราสามารถฝังการเคลื่อนไหวเหล่านี้ลงในวัสดุได้ ทำให้ไม่จำเป็นต้องมีโปรแกรมที่ซับซ้อนในการควบคุมมाइकโรโบต” จาเกอร์กล่าว

นักวิจัยจะศึกษาคุณสมบัติของวัสดุและวิธีการทำงานร่วมกับเซลล์ที่มีชีวิตต่อไป ซึ่งอาจให้ข้อมูลเชิงลึกที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้นเกี่ยวกับความเข้ากันได้ทางชีวภาพของวัสดุ