Notícia

Novo biomaterial poderia permitir que microrrobôs criassem sua própria estrutura óssea, além de ajudar na recuperação de fraturas

Olov Planthaber, Universidade Linköping

Fonte

Universidade Linköping

Data

quinta-feira, 20 janeiro 2022 06:20

Áreas

Biomateriais. Engenharia Biomédica. Ortopedia. Robótica.

Quando nascemos, temos lacunas em nossos crânios que são cobertas por pedaços de tecido conjuntivo macio chamados fontanelas. É graças às fontanelas que nossos crânios podem ser deformados durante o parto e passar com sucesso pelo canal do parto. Após o nascimento, o tecido da fontanela muda gradualmente até consolidar-se como osso. Agora, os pesquisadores combinaram materiais que, juntos, se desenvolvem de modo semelhante a esse processo natural.

“Queremos usar isso para aplicações em que os materiais precisam ter propriedades diferentes em diferentes momentos. Em primeiro lugar, o material é macio e flexível e, em seguida, é travado no lugar quando endurece. Este material pode ser usado, por exemplo, em fraturas ósseas complicadas. Também poderia ser usado em microrrobôs – esses microrrobôs poderiam ser injetados no corpo por meio de uma seringa fina, e então se desdobrariam e desenvolveriam seus próprios ossos rígidos”, disse o Dr. Edwin Jager, professor do Departamento de Física, Química e Biologia na Universidade Linköping, na Suécia.

A ideia surgiu durante uma visita de pesquisa ao Japão, quando o cientista de materiais Edwin Jager conheceu o Dr. Hiroshi Kamioka e o Dr. Emilio Hara, pesquisadores da Universidade Okayama, que realizam pesquisas sobre ossos. Os pesquisadores japoneses descobriram um tipo de biomolécula que poderia estimular o crescimento ósseo em um curto período de tempo. Seria possível combinar essa biomolécula com a pesquisa de materiais do Dr. Jager, para desenvolver novos materiais com rigidez variável?

No estudo que se seguiu, publicado na revista científica Advanced Materials, os pesquisadores construíram uma espécie de ‘microrrobô’ simples, que pode assumir diferentes formas e mudar sua rigidez. Os pesquisadores começaram com um material em gel chamado alginato. De um lado do gel, cresce um material polimérico. Este material é eletroativo e altera seu volume quando uma baixa tensão elétrica é aplicada, fazendo com que o microrrobô se dobre em uma direção especificada. Do outro lado do gel, os pesquisadores anexaram biomoléculas que permitem que o material do gel macio endureça. Essas biomoléculas são extraídas da membrana celular de um tipo de célula importante para o desenvolvimento ósseo. Quando o material é imerso em um meio de cultura de células, as biomoléculas fazem o gel mineralizar e endurecer como um osso.

Uma aplicação potencial de interesse para os pesquisadores é a cicatrização óssea. A ideia é que o material macio, alimentado pelo polímero eletroativo, consiga ser flexível em espaços de fraturas ósseas complicadas e depois se expandir. Quando o material endurece, pode formar a base para a construção de um novo osso. No estudo, os pesquisadores demonstraram que o material pode se ‘enrolar’ em torno de ossos de galinha, e o osso artificial que se desenvolve posteriormente cresce junto com o osso de galinha.

Ao fazer padrões [geométricos] no gel, os pesquisadores podem determinar como o microrrobô simples se curvará quando a tensão elétrica for aplicada. Linhas perpendiculares na superfície do material fazem o robô dobrar em semicírculo, enquanto linhas diagonais o fazem dobrar como um saca-rolhas.

“Ao controlar como o material gira, podemos fazer o microrrobô se mover de maneiras diferentes e também afetar como o material se ‘desenrola’ em ossos quebrados. Podemos incorporar esses movimentos na estrutura do material, tornando desnecessários programas complexos para ‘dirigir’ esses microrrobôs”, disse o Dr. Edwin Jager.

Para saber mais sobre a biocompatibilidade dessa combinação de materiais, os pesquisadores estão agora analisando como suas propriedades funcionam em conjunto com células vivas.

Acesse o artigo científico completo (em inglês).

Acesse a notícia completa na página da Universidade Linköping (em inglês).

Fonte: Karin Söderlund Leifler, Universidade Linköping. Imagem: Quando uma tensão elétrica é aplicada, o material (à esquerda) se curva lentamente em direção ao osso de galinha (branco). Se o líquido contiver os minerais necessários para o desenvolvimento ósseo, o material, em poucos dias, começará a desenvolver um ‘osso artificial’ que se ligará ao osso de galinha. Fonte: Olov Planthaber, Universidade Linköping.

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