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24 Enero 2022

Microrobots pueden replicar tejido óseo

Los dispositivos bicapa se preparan combinando propiedades electromecánicas con el comportamiento de los geles de alginato que forman nanofragmentos de membrana plasmática derivados de células.

La variabilidad de la rigidez es una propiedad importante tanto en la naturaleza, como en los dispositivos de fabricación humana. Para promover la adaptación morfológica se requiere esta variable en distintas  proporciones. Un ejemplo bien conocido es la estructura de las fontanelas del cráneo embrionario de los mamíferos, las cuales se deforman temporalmente durante el nacimiento para permitir que la cabeza del bebé pase por el estrecho canal de parto. Después del nacimiento, esta flexibilidad ya no es necesaria, sino que se desea un estado rígido para proteger el cerebro sensible y por ello las propiedades del material cambian, cerrando el cráneo en un hueso rígido. 

Del mismo modo, los componentes de rigidez variable son de gran interés para lograr una robótica morfológica  y también es de fundamental cuando interactúa con el microentorno circundante. Por ejemplo, los hidrogeles y los pliegues flexibles pueden utilizarse para facilitar la inserción y la adaptación durante una cirugía. Luego estos se endurecen para reconstruir la función y las propiedades mecánicas del tejido duro lesionado.

Inspirándose en el crecimiento de los huesos del esqueleto, investigadores de las universidades de Linköping (Suecia) y Okayama (Japón) han desarrollado una combinación de materiales que pueden adoptar diversas formas hasta endurecerse. Comenzaron con un material de gel llamado alginato y en una de las caras del gel, se cultiva un material polimérico que es electroactivo y cambia su volumen cuando se aplica un voltaje bajo, lo que hace que un microrobot se doble en una dirección determinada. En el otro lado, adhirieron biomoléculas que permiten que el material blando del gel se endurezca. Estas biomoléculas se extraen de la membrana celular de un tipo de célula importante para el desarrollo de los huesos. 

Haciendo patrones en el gel, los investigadores pueden determinar cómo se doblará el microrobot. Las líneas perpendiculares en la superficie del material hacen que se doble en un semicírculo, mientras que las líneas diagonales, como un sacacorchos.

El equipo demostró que los dispositivos pueden utilizarse como adhesivos biológicos morfológicos, lo que resulta beneficioso en futuras aplicaciones como la integración alrededor de las fracturas óseas, o la expansión dentro de las cavidades, el inicio del rebrote óseo y la reparación del tejido duro relacionado.

Para conocer mejor la biocompatibilidad de esta combinación de materiales, los investigadores están estudiando cómo funcionan sus propiedades con células vivas.

Fuente bibliográfica

doi: 10.1002/adma.202107345

Ciencia y Medicina

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