Un polímero electroactivo, combinado con una biomolécula vital en el desarrollo óseo, permite crear microrobots que son capaces de desarrollar huesos de forma independiente: al ser estimulados, los dispositivos “copian” procesos naturales del esqueleto humano y forman huesos con múltiples configuraciones.
Investigadores de la Universidad de Linköping, en Suecia, y de la Universidad de Okayama, en Japón, han aplicado un nuevo material para crear microrobots que pueden desarrollar huesos de manera autónoma. Cuando se aplica un voltaje determinado, un polímero y una biomolécula se integran en el dispositivo y logran que los microrobots desarrollen huesos, cuya forma puede modificarse mediante diferentes patrones. La innovación podría tener importantes aplicaciones en el campo de la medicina regenerativa.
Con inspiración humana
Inspirándose en el crecimiento de los huesos en el esqueleto humano, los especialistas han desarrollado una combinación de materiales que pueden transformarse en varias formas antes de endurecerse. El material es inicialmente blando, pero luego se endurece a través de un proceso de desarrollo óseo que utiliza los mismos materiales que se encuentran en el esqueleto.
De esta forma, podría aplicarse en microrobots blandos que se inyectarían en el cuerpo a través de una jeringa delgada, y luego se desplegarían y desarrollarían sus propios huesos rígidos. En consecuencia, podrían reemplazar huesos rotos en cualquier parte del cuerpo humano, entre otros trascendentes usos.
La nueva tecnología puede replicar la “plasticidad” y rigidez que alcanza al mismo tiempo el esqueleto humano. Por ejemplo, al nacer tenemos huecos en el cráneo que están cubiertos por pedazos de tejido conectivo suave, llamados fontanelas. Gracias a las fontanelas, nuestros cráneos pueden deformarse durante el alumbramiento y pasar con éxito por el canal de parto. Después del nacimiento, el tejido de la fontanela cambia gradualmente hasta convertirse en un hueso duro.
La clave es la combinación de materiales
Ahora, los investigadores han combinado materiales que juntos pueden realizar este mismo proceso natural, aplicándolo en microrobots. Según una nota de prensa, los científicos utilizan en principio un gel llamado alginato. En uno de los lados del gel se cultiva un material polimérico, que es electroactivo y cambia su volumen cuando se aplica un voltaje bajo. De esta forma, el microrobot se dobla en una dirección específica.
En tanto, en el otro lado del gel los investigadores adhirieren biomoléculas que permiten que el gel blando se endurezca. Estas biomoléculas se obtienen a partir de un tipo de célula que es importante para el desarrollo óseo. Al sumergir el material en un medio de cultivo celular, concretamente en un entorno que se parece al cuerpo humano y contiene calcio y fósforo, las biomoléculas hacen que el gel se mineralice y se endurezca, creando así huesos rígidos.
Crear nuevos huesos en el cuerpo humano
Otro aspecto clave es que los investigadores pueden aplicar patrones para que los huesos cambien de forma. Al controlar cómo gira el material, pueden lograr que el microrobot se mueva de diferentes maneras y también afectar cómo se despliega el material en los huesos. Quizás la aplicación más importante es la medicina regenerativa: por ejemplo, el material blando impulsado por el polímero electroactivo puede maniobrar en espacios con fracturas óseas complicadas y expandirse. Cuando el material se ha endurecido, logrará formar la base para la construcción de un hueso nuevo.
A futuro, el próximo paso es aprender más sobre la biocompatibilidad de esta combinación de materiales: la idea es investigar más a fondo sobre cómo funcionan sus propiedades junto con las células vivas. En consecuencia, las aplicaciones de los microrobots en el cuerpo humano podrían ampliarse de forma prácticamente indefinida.
Referencia
Biohybrid variable stiffness soft actuators that self-create bone. Danfeng Cao, Jose G. Martinez, Emilio Satoshi Hara and Edwin Jager. Advanced Materials (2021). DOI:https://doi.org/10.1002/adma.202107345
