ابتكار صيني رائد.. زجاج حيوي قابل للطباعة يدعم تجديد العظام

طور فريق من الباحثين في الصين نوعا جديدا من الزجاج الحيوي القابل للطباعة ثلاثية الأبعاد، يتميز بمرونة قريبة من مرونة العظام الطبيعية.

ويتميز هذا النوع من الزجاج الحيوي بقدرته على دعم نمو الخلايا العظمية لفترات أطول من الزجاج التقليدي، وأداء يقارب مواد زراعة الأسنان الرائدة.

ويتشارك الزجاج والعظام خاصية أساسية ناتجة عن تركيبهما الجزيئي، وهي مقاومة الضغط أكثر من مقاومة الشد. ويشكل السيليكا المكون الأساسي للزجاج، وهي مادة يمكن تحويلها إلى حالة سائلة وتشكيلها بسهولة، ما يتيح تصنيع زراعات طبية مصممة بدقة لتلائم الأجزاء التالفة من العظام.

تحديات الطباعة ثلاثية الأبعاد للزجاج

تواجه الطباعة التقليدية للزجاج الحيوي تحديات كبيرة، إذ تتطلب مواد مرخية سامة ودرجات حرارة مرتفعة تصل إلى 2000 درجة فهرنهايت (1093.3 درجة مئوية)، ما يحد من استخدامها في التطبيقات الطبية نظرا لمتطلبات السلامة والتكلفة.

وسعى فريق البحث، بقيادة جينرو شياو وتو تشين وهوانان وانغ، إلى إيجاد طريقة أكثر أمانا وفعالية.

إقرأ المزيد

روسيا.. ابتكار مادة جديدة لعلاج هشاشة العظام

وجمع الباحثون بين جزيئات السيليكا ذات الشحنة الكهربائية السالبة وأيونات الكالسيوم والفوسفات، وهي عناصر تحفّز نمو الخلايا. وأنتج هذا الخليط هلاما قابلا للطباعة يمكن تحويله إلى الحلة الصلبة عند درجة حرارة 1300 درجة فهرنهايت (704.4 درجة مئوية)، وهي أقل بكثير من الطرق التقليدية.

اختبار الزجاج الحيوي

قارن الفريق الزجاج الحيوي الجديد بالزجاج العادي ومواد بديلة للعظام المستخدمة في زراعة الأسنان، من خلال تجربة ترميم جمجمة أرنب. وأظهرت النتائج أن الزجاج الحيوي، رغم بطء نمو الخلايا في البداية مقارنة بالمادة التجارية، حافظ على نمو الخلايا لفترة أطول، مع التصاق واسع لخلايا العظام به بعد ثمانية أسابيع، في حين لم يظهر الزجاج العادي نموا يُذكر.

وتجاوزت التقنية الجديدة التحديات التقليدية للطباعة ثلاثية الأبعاد عبر استخدام مواد هلامية نانوية غير عضوية ذاتية الإصلاح من كرات السيليكا، تتجاذب كهربائيا، ما أتاح طباعة هياكل قوية بدون مواد إضافية، وبدرجات حرارة منخفضة نسبيا باستخدام تقنية التكثيف منخفض الحرارة.

وأظهرت الهياكل المطبوعة معامل ضغط يصل إلى 2.3 ميغا باسكال، ما يجعلها مناسبة كسقالات عظمية، كما احتفظت بقدرتها على الشفاء الذاتي، ما منحها مرونة أكبر في التصميم ودقة أعلى.

ويرى الباحثون أن هذه الطريقة لا تقتصر على المجال الطبي، بل تمتد لتشمل تطبيقات في مجالات أخرى مثل الصناعة والطاقة.

نشرت الدراسة في مجلة ACS Nano.

المصدر: interesting engineering