Ученые создали заменитель кости из 3D-печатного стекла

Идея использования стекла в качестве замены костной ткани может показаться неожиданной, однако у этих материалов много общего. В новом исследовании, опубликованном в журнале ACS Nano, ученые разработали биоактивное стекло, пригодное для 3D-печати, которое показало себя как эффективный материал для замены кости. В испытаниях на кроликах оно поддерживало рост костных клеток лучше, чем обычное стекло и коммерчески доступный костный заменитель.

И кость, и стекло лучше выдерживают нагрузку на сжатие, чем на растяжение, из-за кристаллической структуры молекул и минералов, их образующих. Но в отличие от кости, основной компонент стекла — диоксид кремния — может существовать в жидкой форме и быть напечатанным на 3D-принтере в любую желаемую форму, идеально соответствующую утраченному фрагменту кости. Однако большинство видов стекла для 3D-печати требуют токсичных пластификаторов или спекания при температурах выше 1100°C.

Поэтому Цзяньжу Сяо, Тао Чэнь, Хуанань Ван и их коллеги поставили цель разработать стекло для 3D-печати, которое не требовало бы пластификаторов и экстремально высоких температур и могло бы служить каркасом для костеобразующих клеток.

Исследователи объединили противоположно заряженные частицы кремнезема, а также ионы кальция и фосфата — известные стимуляторы роста костных клеток — чтобы создать печатаемый гель из биоактивного стекла. После придания формы на 3D-принтере стекло закаливалось в печи при относительно низкой температуре 700°C. Затем новое биостекло протестировали в сравнении с напечатанным простым стеклом и коммерческим зубным костным заменителем, восстанавливая повреждения черепа у живых кроликов.

Хотя коммерческий продукт ускорял рост кости, биостекло поддерживало рост дольше; через восемь недель большинство костных клеток выросли именно на каркасе из биостекла.

На простом стекле рост клеток был минимальным. Ученые заявляют, что их работа демонстрирует простой и недорогой способ 3D-печати костного заменителя из биостекла, который может найти широкое применение в медицине и инженерии.

ИИ: Это исследование — отличный пример того, как, казалось бы, несопоставимые материалы открывают новые возможности в регенеративной медицине. Снижение температуры обработки делает технологию более доступной, а долгосрочная эффективность роста клеток выглядит многообещающе для будущих клинических применений.

Подробнее: Zhenzhen Dou et al, Rational Design of Purely Inorganic Self-Healing Colloidal Hydrogels To Enable "Green" 3D Printing of Bioglass-Based Bone Substitutes, ACS Nano (2025). DOI: 10.1021/acsnano.5c06377

Источник: American Chemical Society