Дослідники розробляють «мікророботів», які створюють власні кістки

Команда дослідників з університетів Лінчепінга (Швеція) та Окаяма (Японія) розробила комбінацію матеріалів, які можуть надавати форму та твердіти. Команда була надихнута зростанням кісток у скелеті.

Унікальний матеріал спочатку стає м’яким, перш ніж затвердіти в процесі розвитку кісток, у якому використовуються ті самі матеріали, що є в скелеті.

Едвін Джагер є доцентом кафедри фізики, хімії та біології (IFM) Лінчепінгського університету.

«Ми хочемо використовувати це для застосувань, де матеріали повинні мати різні властивості в різні моменти часу. По-перше, матеріал м’який і гнучкий, а потім він фіксується на місці, коли затвердіє. Цей матеріал можна використовувати, наприклад, при складних переломах кісток. Його також можна використовувати в мікророботах — цих м’яких мікророботів можна було б вводити в тіло через тонкий шприц, а потім вони розгорталися б і розвивали власні тверді кістки», — говорить Джагер.

Відкриття унікальної біомолекули

Команда придумала цю ідею під час наукового візиту до Японії, де Джагер зустрівся з Хіроші Каміока та Еміліо Хара, які проводять дослідження кісток. Дослідники виявили тип біомолекул, які можуть стимулювати ріст кісток за короткий проміжок часу, і вони задалися питанням, чи можна їх поєднати з дослідженням матеріалів для розробки нових матеріалів. 

Дослідження було опубліковане в нові матеріали. 

Під час дослідження команда створила простого «мікроробота», який може приймати різні форми та змінювати жорсткість. Вони покладалися на альгінат, який є гелевим матеріалом, де полімерний матеріал вирощується з одного боку. Альгінат також є електроактивним і змінює свій об’єм при застосуванні низької напруги, що змушує мікроробота згинатися в певному напрямку. 

Потім дослідники приєднали біомолекули до іншого боку гелю. Біомолекули дозволяють м’якому гелеподібному матеріалу затвердіти, і вони витягуються з клітинної мембрани типу клітин, які мають вирішальне значення для розвитку кісток. Потім матеріал можна занурити в середовище для культури клітин, яке є середовищем, що містить кальцій і фосфор і нагадує тіло. Після занурення гель біомолекули мінералізують і тверднуть. 

Потенційні програми

Існує багато потенційних застосувань цього нового матеріалу, наприклад, лікування кісток. Коли він у своїй м’якій формі, матеріал може переміщатися в простір у складних переломах кісток перед розширенням. Після затвердіння він стане основою для будівництва нової кістки. 

Дослідники розмістили матеріал у своєму дослідженні, обернувши його навколо курячих кісток. Потім штучну кістку розробили та зросли з курячими кістками. 

Дослідники також можуть визначити, як мікробот буде згинатися, створюючи візерунки в гелі. Наприклад, якщо зробити перпендикулярні лінії на поверхні матеріалу, мікроробот зігнеться півколом. Якщо вони зроблять косі лінії, він зігнеться, як штопор.

«Контролюючи, як матеріал обертається, ми можемо змусити мікроробота рухатися різними способами, а також впливати на те, як матеріал розгортається у зламаних кістках. Ми можемо вбудовувати ці рухи в структуру матеріалу, роблячи непотрібними складні програми для керування цими роботами», — каже Джегер.

Тепер дослідники детальніше вивчать властивості матеріалів і те, як вони працюють разом з живими клітинами. Це може дати глибше розуміння біосумісності матеріалів.