Инновационный микробот восстановит кости в правильном положении

Исследователи из Линчёпингского университета в Швеции и Университета Окаяма в Японии разработали микроробота, способного самостоятельно создавать материал, похожий на кость, в определенных условиях. Электроактивный материал реагирует на электрический ток низкого напряжения и меняет свой объем и форму, что позволяет специалистам предварительно программировать определенные изменения структуры и управлять полученной архитектурой. Эта технология может быть полезна для стимуляции заживления костей, особенно при проблемных переломах. Исследователи предполагают, что мягкий материал может маневрировать в переломе, расширяться, а затем минерализоваться и затвердевать, обеспечивая основу для регенерации кости.

В медицине продолжаются поиски биоматериалов, которые могут стимулировать и облегчать рост костей, при этом незаживающие переломы представляют собой основной источник заболеваемости пациентов. Однако этот материал потребует дальнейшей доработки, чтобы полностью раскрыть его потенциал. Этот подход основан на изучении мягкой соединительной ткани, присутствующей в черепе при рождении, называемой родничком, которая позволяет головке ребенка проходить через родовые пути и которая после рождения затвердевает, образуя полноценную кость.

«Во-первых, материал мягкий и гибкий, а затем фиксируется на месте, когда затвердевает. Этот материал может быть использован, например, при осложненных переломах костей. Его также можно было бы использовать в микророботах — этих мягких микророботов можно было бы вводить в тело через тонкий шприц, а затем они разворачивались бы и развивали свои собственные жесткие кости», — сказал Эдвин Джагер, один из разработчиков новой технологии.

Инновационный материал состоит из базового альгинатного гидрогеля. С одной стороны, ученые создали электроактивный полимер, который меняет свой объем при воздействии низким напряжением, заставляя гель изгибаться в определенном направлении. На другую сторону геля исследователи прикрепили биомолекулы из клеток, которые участвуют в развитии костей. Когда биомолекулы попадут в правильную среду внутри тела, они начнут минерализоваться и затвердевать, создавая каркас, который позволит расти дополнительным костям.

Исследователи продемонстрировали доказательство концепции, погрузив свой материал в среду для культивирования клеток, которая призвана имитировать среду, с которой клетки сталкиваются в организме. Кальций и фосфор в культуральной среде стимулировали биомолекулы к затвердеванию и минерализации.

Команда ученых надеется, что они смогут усовершенствовать материал до такой степени, что его можно будет успешно маневрировать внутри тела для восстановления переломов и других хирургических вмешательствах. «Управляя тем, как материал моделируется, мы можем заставить микроробота двигаться по-разному, а также влиять на то, как материал разворачивается в сломанных костях. Мы можем встроить эти движения в структуру материала, что сделает ненужными сложные программы для управления этими роботами», — сказал Джагер.