Material gelatinoso transforma-se em ossos e sela fraturas

Quando a eletricidade é aplicada, o material (esquerda) se curva 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 construir um osso artificial que se liga ao osso de galinha.
[Imagem: Olov Planthaber/LiU]

Ossos artificiais

Inspirados pelo crescimento dos ossos no esqueleto, pesquisadores das universidades de Linkoping (Suécia) e Okayama (Japão) desenvolveram uma combinação de materiais que pode se transformar em várias formas antes de endurecer.

O material é inicialmente macio, mas depois endurece através de um processo de desenvolvimento ósseo que usa os mesmos materiais encontrados no esqueleto.

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 pelo canal do parto. Após o nascimento, o tecido da fontanela muda gradualmente para um osso duro, fechando a conhecida "moleira" na parte de cima do crânio dos bebês.

O que os pesquisadores fizeram agora foi combinar materiais que conseguem reproduzir esse processo natural, uma técnica conhecida como biomimetismo, ou a imitação dos processos biológicos.

"Queremos usar isso para aplicações em que os materiais precisam ter propriedades diferentes em diferentes momentos. Num primeiro momento, o material é macio e flexível e, em seguida, ele é travado no lugar quando endurece. Esse material pode ser usado, por exemplo, em fraturas ósseas complicadas. Ele também poderá ser usado em microrrobôs - esses microrrobôs macios poderiam ser injetados no corpo através de uma seringa, e então se desdobrariam e desenvolveriam seus próprios ossos rígidos," disse o professor Edwin Jager, coordenador da equipe.

Cicatrização óssea e microrrobôs

A ideia surgiu quando os pesquisadores japoneses descobriram uma espécie de biomolécula capaz de estimular o crescimento ósseo em um curto período de tempo. A equipe de Jager então usou os materiais que desenvolveu com esta nova biomolécula para desenvolver os novos materiais com rigidez variável.

A equipe conjunta construiu uma espécie de microrrobô muito simples, que pode assumir diferentes formas e mudar sua rigidez.

Os pesquisadores começaram com um gel chamado alginato, usado em praticamente todos os experimentos para fabricar órgãos vivos. De um lado do gel foi adicionado um material polimérico que é eletroativo, alterando seu volume quando uma baixa tensão elétrica é aplicada. Isso faz com que o microrrobô se dobre em uma direção especificada com o apertar de um botão. Do outro lado do gel, foram anexadas 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 - ambiente que se assemelha ao corpo e contém cálcio e fósforo - as biomoléculas fazem o gel mineralizar, ficando duro como um osso.

A aplicação de maior interesse para os pesquisadores é a cicatrização óssea. A ideia é que o material macio, alimentado pelo polímero eletroativo, consiga se manobrar em espaços em fraturas ósseas complicadas e então endurecer, funcionando como um osso novo.

Em um experimento de demonstração, o material se enrolou em torno de ossos de galinha, e o osso artificial que se desenvolveu posteriormente cresceu junto com o osso de galinha.