Может показаться странным, что стекло может заменить кость, но оказывается, у этих материалов много общего. В новом исследовании, опубликованном в ACS Nano, учёные разработали биоактивное стекло, которое можно напечатать на 3D-принтере и которое служит эффективным заменителем костной ткани.
Почему стекло может быть заменителем костной ткани?
У кости и стекла есть общее свойство: они лучше выдерживают нагрузку, чем растяжение. Это связано с кристаллическими структурами молекул и минералов, из которых они состоят. Однако в отличие от кости, основной компонент стекла — диоксид кремния — может существовать в жидкой форме и быть напечатан на 3D-принтере в любой желаемой форме, например, в форме отсутствующего участка кости.
Но большинство пригодных для 3D-печати стёкол требует токсичных пластификаторов или их нужно спекать при температурах выше 2000 °F (1100 °C).
Разработка биоактивного стекла
Цзяньру Сяо, Тао Чен, Хуанань Ван и их коллеги хотели разработать стекло, пригодное для 3D-печати, которое не требовало бы пластификаторов или экстремально высоких температур, чтобы служить каркасом для костеобразующих клеток.
Исследователи объединили противоположно заряженные частицы диоксида кремния, а также ионы кальция и фосфата — оба известны тем, что стимулируют образование костной ткани — чтобы сформировать печатаемое биоактивное стекло в виде геля. После того как стеклу придали форму с помощью 3D-принтера, его закалили в печи при относительно низкой температуре в 1300 °F (700 °C).
Затем они протестировали новое биостекло против простого геля из диоксида кремния, напечатанного на 3D-принтере, и коммерчески доступного стоматологического заменителя костной ткани, восстановив повреждение черепа у живых кроликов.
Хотя коммерческий продукт способствовал более быстрому росту кости, биостекло поддерживало рост дольше: через восемь недель большинство присутствующих костных клеток выросли на каркасе из биостекла. У простого стекла практически не было роста костных клеток.
Исследователи говорят, что эта работа демонстрирует простой и недорогой способ 3D-печати заменителя костной ткани из биостекла, который может найти широкое применение в медицине и инженерии.
Предоставлено Американским химическим обществом.