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

В журнале ACS Nano опубликована работа, в которой исследователи представили биоактивное стекло, пригодное для 3D-печати и показавшее высокую эффективность в качестве заменителя костной ткани. В опытах на кроликах материал стимулировал рост костных клеток лучше, чем обычное стекло и существующие коммерческие имплантаты.

И кость, и стекло обладают большей устойчивостью к нагрузке на сжатие, чем к растяжению, благодаря кристаллической структуре их молекул и минералов. Но если кость ограничена природной формой, то кремний – основной компонент стекла – может существовать в жидком виде и легко принимать любую форму при 3D-печати, точно воспроизводя недостающий участок кости.

Проблема в том, что большинство видов стекла, пригодных для печати, требует токсичных пластификаторов или плавления при температурах свыше 1100 °C. Поэтому исследователи создали новый тип стекла, который можно печатать без использования пластификаторов и экстремально высоких температур, формируя надежный каркас для костеобразующих клеток.

Ученые разработали биоактивный стеклянный гель для 3D-печати, сочетая противоположно заряженные частицы кремния с ионами кальция и фосфата, известными своим стимулирующим действием на рост костных клеток. После печати гель подвергли отверждению при сравнительно низкой температуре 700 °C, формируя прочный каркас. Новый материал протестировали на кроликах, восстанавливая повреждения черепа, и сравнили с обычным силикагелем и коммерческими заменителями костной ткани. Хотя коммерческие имплантаты стимулировали более быстрый рост костной ткани, биостекло обеспечивало длительное поддержание роста: через 8 недель большинство костных клеток продолжало развиваться на его поверхности, тогда как на обычном стекле рост почти отсутствовал. Исследователи отмечают, что их работа демонстрирует простой и доступный способ 3D-печати биостеклянных заменителей костей с широким потенциалом применения в медицине и инженерии.