آیا شیشه می‌تواند جایگزین استخوان شود؟ / نوآوری پژوهشگران چینی برای جایگزینی استخوان‌های آسیب‌دیده

به گزارش Business News ، دانشمندان سالهاست که سعی در طراحی مواد بیولوژیکی جدید برای جایگزینی استخوان های آسیب دیده یا گمشده دارند. تا به امروز ، بیشتر تمرکز روی سرامیک ، فلزات یا پلیمرهای بیولوژیکی بوده است. اما این بار محققان چینی روشی متفاوت را انتخاب کرده اند: شیشه. این ماده که همیشه به عنوان شکنندگی شناخته شده است ، اکنون به گزینه ای جدی برای بازسازی استخوان در قالب یک شیشه چاپ نوآورانه و سه بعدی تبدیل شده است. یک مطالعه جدید نشان می دهد که این شیشه زیستی نه تنها می تواند از استحکام مکانیکی استخوان تقلید کند ، بلکه در آزمایش های حیوانات نیز توانسته است برای مدت طولانی از رشد سلولهای استخوانی پشتیبانی کند.

چرا شیشه؟

شیشه و استخوان از نظر ظاهری بسیار متفاوت هستند ، اما در رفتار مکانیکی از ویژگی مشترکی برخوردار هستند: هر دو مقاومت بالاتری در کشش دارند. این ویژگی شیشه را به یک ماده بالقوه برای تقلید از استخوان تبدیل می کند. تشکیل دهنده اصلی شیشه سیلیس است. سیلیس می تواند در یک مایع وجود داشته و آزادانه شکل بگیرد. به همین دلیل ، به ایمپلنت ها اجازه می دهد تا با قسمت های آسیب دیده استخوان سازگار شوند.

یک مانع بزرگ ؛ چاپ شیشه ای سه بعدی

چاپ سه بعدی شیشه معمولاً بسیار دشوار است زیرا به نرم کننده های سمی و درجه حرارت بالا (بیش از 2 درجه فارنهایت) نیاز دارد. چنین شرایطی نه تنها پرهزینه و وقت گیر است ، بلکه برای کاربردهای پزشکی نیز ایمن نیست. بنابراین تیمی از محققان به سرپرستی Gianro Xiao ، Tao Chen و Hwanan Wang به روشی ایمن تر و پایدارتر رفتند.

راه حل سبز محققان چینی

این تیم با ترکیب بار مخالف و افزودن یون های کلسیم و فسفات – دو محرک مهم برای تشکیل سلول های استخوانی موفق به تهیه ژل قابل چاپ شد. این ژل پس از چاپ فقط در 2 درجه فارنهایت (حدود 2 درجه سانتیگراد) محکم شد. درجه حرارت بسیار پایین تر از استانداردهای مشترک است.

این روش که به عنوان استراتژی چاپ سبز نامیده می شد ، تولید ساختارهای شیشه ای بیوشیمیایی را بدون استفاده از مواد افزودنی سمی امکان پذیر می کند. نتایج مکانیکی نشان داد که ژل های تولید شده دارای یک مدول فشاری در حدود 1.5 مگاپاسکال هستند. تعدادی که برای داربست های استخوان کافی است. علاوه بر این ، این مواد توانایی خود محور خود را حفظ می کنند ، که به چاپ و کنترل شکل بهتر کمک می کند.

آزمایش حیوانات و نتایج امیدوار کننده

برای اندازه گیری عملکرد بیولوژیکی ، محققان شیشه جدید زیستی را در کنار شیشه سیلیس ساده و جایگزین تجاری استخوان دندان آزمایش کردند. آزمایش ها روی خرگوش ها و تعمیر قسمت های جمجمه انجام شد. نتایج به شرح زیر بود:

• محصول تجاری در ابتدا رشد سریع سلولهای استخوانی را تحریک می کند.
• Glass جدید در دراز مدت پایدار بود. پس از 6 هفته ، بیشتر سلولهای استخوانی به داربست شیشه ای زیستی متصل شدند.
• شیشه ساده تقریباً رشد استخوان را نشان نداد.

این نتایج نشان داد که شیشه های زیستی تازه توسعه یافته می توانند به اندازه گزینه های تجاری مؤثر باشند و حتی در حفظ رشد استخوان در مدت زمان طولانی تر عملکرد بهتری داشته باشند.

اهمیت روش سبز

بیشتر روشهای چاپ شیشه ای یا سرامیکی سه بعدی به ماده آلی و درجه حرارت بالا بستگی دارد. این علاوه بر افزایش هزینه و زمان ، فعالیت بیولوژیکی را کاهش می دهد و حتی می تواند اثرات سمی داشته باشد. رویکرد جدید تیم چینی همه این موانع را برطرف کرده است:

• نیازی به مواد افزودنی ارگانیک نیست
• پخت در دماهای پایین (2 درجه فارنهایت)
• زیست توده و ایمنی بیشتری را برای کاربردهای پزشکی حفظ کنید

محققان می گویند که این ماده می تواند گزینه های استخوان مقرون به صرفه ، ایمن و قابل تنظیم را در آینده فراهم کند که در ارتوپدی و ترمیم استخوان های بزرگتر فراتر از دندانپزشکی استفاده خواهد شد.

طبق IE ، یک مطالعه جدید که در ژورنال ACS Nano منتشر شده است نشان می دهد که شیشه – ماده ای که همیشه نمادی از شکنندگی بوده است – می تواند به ابزاری برای بازسازی استخوان های بدن انسان در قالب یک کلاس بیولوژیکی سه بعدی نوآورانه تبدیل شود. این فناوری نه تنها از رشد استخوان در آزمایشات حیوانات پشتیبانی می کند ، بلکه آینده ای امیدوار کننده را برای کاربردهای گسترده پزشکی و حتی فراتر از آن ، در صنعت انرژی و ماشین آلات نیز به خود جلب می کند. اگر این دستاورد به مرحله بالینی برسد ، می تواند یکی از بزرگترین تحولات در زمینه مهندسی بافت و تعویض استخوان باشد.