زجاج حيوي يعزز نمو الخلايا العظمية على مدى فترات أطول
ابتكر فريق بحثي صيني نوعًا مبتكرًا من الزجاج الحيوي القابل للطباعة ثلاثية الأبعاد، يتميز بمرونة تقارب مرونة العظام الطبيعية.
يتيح هذا الزجاج دعم نمو الخلايا العظمية لفترات أطول مقارنة بالزجاج التقليدي، ويقارب أداء المواد الرائدة المستخدمة في زراعة الأسنان.
كما يشارك الزجاج والعظام خاصية جزيئية أساسية وهي مقاومة الضغط أعلى من مقاومة الشد.
يُعد السيليكا المكون الأساسي للزجاج مادة يمكن تحويلها إلى سائل وتشكيلها بسهولة، مما يتيح إنتاج زراعات طبية مصممة بدقة لتناسب أجزاء العظام التالفة.
وتواجه الطباعة التقليدية للزجاج الحيوي قيود كبيرة، فالمواد المرخية السامة وتصل درجات الحرارة إلى 2000 فهرنهايت (1093.3°م)، ما يحد من التطبيق الطبي بسبب متطلبات السلامة والتكلفة.
وسع الفريق بقيادة جينرو شياو وتو تشين وهوانان وانغ سعيهم لإيجاد طريقة أكثر أمانًا وفاعلية.
ابتكروا خليطًا من جزيئات السيليكا سالبة الشحنة مع أيونات الكالسيوم والفوسفات المحفزة لنمو الخلايا، لينتج هلامًا قابلًا للطباعة يمكن تحويله إلى مادة صلبة عند 1300 درجة فهرنهايت (704.4°م)، وهو أقل بكثير من الطرق التقليدية.
مزايا وتقاطع الأداء مقارنة بالمواد التقليدية
قارن الباحثون الزجاج الحيوي الجديد بالزجاج العادي ومواد بديلة للعظام المستخدمة في زراعة الأسنان من خلال تجربة على جمجمة أرنب.
أظهرت النتائج أن الزجاج الحيوي الجديد، رغم بطء نمو الخلايا في البداية مقارنة بالمادة التجارية، حافظ على النمو لفترة أطول، مع التصاق واسع لخلايا العظام به بعد 8 أسابيع، بينما لم يظهر الزجاج العادي نموًا يُذكر.
وتجاوزت التقنية الجديدة قيود الطباعة ثلاثية الأبعاد عبر استخدام هلام نانوي غير عضوي ذاتي الإصلاح من كرات السيليكا تتجاذب كهربائيًا، ما سمح بطباعة هياكل قوية بدون مواد إضافية وبدرجات حرارة منخفضة باستخدام تقنية التكثيف منخفض الحرارة.
وأظهرت الهياكل المطبوعة معامل ضغط يصل إلى 2.3 ميغا باسكال، ما يجعلها مناسبة كسقالات عظمية، مع احتفاظها بقدرتها على الشفاء الذاتي، مما منحها مرونة أكبر في التصميم ودقة أعلى.
ويشير الباحثون إلى أن هذه الطريقة لا تقتصر على التطبيقات الطبية فقط، بل يمكن توسيع استخدامها لتشمل مجالات الصناعة والطاقة.
