Стекло, напечатанное на 3D-принтере, может стать заменителем костей

Фото из открытых источников

Можно подумать, что стекло не предназначено для замены костей, но, как оказалось, у этих двух материалов много общего. Исследователи, опубликовавшие статью в ACS Nano, разработали биоактивное стекло, которое можно напечатать на 3D-принтере и которое стало эффективным материалом для замены костей. В экспериментах на кроликах оно поддерживало рост костных клеток лучше, чем обычное стекло и коммерчески доступные заменители костей.

И кость, и стекло лучше выдерживают вес, чем растяжение, благодаря кристаллической структуре молекул и минералов, из которых они состоят. Но, в отличие от кости, основной компонент стекла — кремний — может существовать в жидкой форме и может быть напечатан на 3D-принтере в любую желаемую форму, например, идеально повторяя недостающий участок кости.

Однако для большинства видов стекла, пригодных для 3D-печати, требуются токсичные пластификаторы, либо стекло необходимо плавить при температуре выше 1100 градусов Цельсия. Поэтому Цзяньру Сяо, Тао Чэнь, Хуанань Ван и их коллеги решили разработать такое стекло, которое можно было бы печатать на 3D-принтере, и которому не требовались бы пластификаторы или экстремально высокие температуры для создания каркаса для клеток, формирующих костную ткань.  

Исследователи объединили противоположно заряженные частицы кремния, а также ионы кальция и фосфата, которые, как известно, стимулируют формирование костных клеток, чтобы создать биоактивный стеклянный гель, пригодный для печати. После того, как стекло было сформировано на 3D-принтере, его затвердели до конечной формы в печи при относительно низкой температуре 700 °C. Затем они протестировали новое биостекло в сравнении с обычным силикагелем, напечатанным на 3D-принтере, и коммерчески доступным заменителем костной ткани, восстановив повреждения черепа у живых кроликов.

Хотя коммерческий продукт обеспечивал более быстрый рост костной ткани, биостекло поддерживало рост дольше: через 8 недель большинство костных клеток, присутствующих на биостеклянном каркасе, выросло на нём. На обычном стекле рост костных клеток практически отсутствовал. Исследователи утверждают, что эта работа демонстрирует простой и недорогой способ 3D-печати биостеклянного заменителя костной ткани, который может найти широкое применение в медицине и инженерии.