Можно ли вообразить, что стекло однажды станет основой для восстановления костей у человека? Звучит как фантастика, но именно это создали биоинженеры из Китая. Результаты их работы опубликованы в журнале ACS Nano. Команда Цзяньру Сяо вместе с Тао Чэном и Хуананем Ваном разработала новое биостекло, пригодное для 3D-печати, и проверила его работу на животных.
Интересно, что у кости и стекла больше общего, чем кажется. Оба материала уверенно справляются с нагрузкой на сжатие и плохо выдерживают растяжение. Но есть важная разница: кремний, лежащий в основе стекла, можно превратить в жидкость и придать ему любую форму. Это свойство открывает дорогу к созданию каркасов, идеально повторяющих недостающий фрагмент кости. Проблема в том, что для печати большинства видов стекла нужны либо токсичные добавки, либо температуры выше 1100 °C, что делает процесс слишком сложным для медицины.
Ученые пошли другим путем. Они смешали заряженные частицы кремния с ионами кальция и фосфата — тех самых веществ, которые и так участвуют в росте костей в организме. В результате получился биоактивный гель, пригодный для печати. После формирования заготовки достаточно было прогреть еt при 700 °C, и материал становился твердым, сохраняя полезные свойства.
Чтобы проверить, как биостекло поведет себя вживую, исследователи провели эксперименты на кроликах с повреждениями черепа. Новинку сравнивали с обычным напечатанным силикагелем и с коммерчески доступным заменителем кости.
Результаты оказались многообещающими: промышленный продукт дал быстрый, но кратковременный эффект, тогда как биостекло поддерживало рост клеток дольше. Уже через восемь недель на его поверхности сформировалось заметное количество костной ткани.
По словам авторов, их метод открывает простой и недорогой путь к созданию индивидуальных костных имплантов. Каркас можно заранее «напечатать» по форме повреждения, избежав использования агрессивных химикатов и высоких температур. Сначала делают цифровую 3D-модель участка кости, которая нуждается в замене, а затем по этой модели «печатают» стеклянный каркас, который идеально подойдет к месту дефекта.
Китайские ученые создали гель, заживляющий переломы за 3 минуты
Хирурги впервые создали имплантат позвоночника с помощью ИИ и 3D-печати
Подписывайтесь и читайте «Науку» в Telegram