طوّر فريق من الباحثين الصينيين نوعًا مبتكرًا من الزجاج الحيوي القابل للطباعة ثلاثية الأبعاد، يتميز بمرونة مشابهة لمرونة العظام الطبيعية.
ويتيح هذا الزجاج دعم نمو الخلايا العظمية لفترات أطول مقارنة بالزجاج التقليدي، ويقدم أداءً يقترب من المواد الرائدة المستخدمة في زراعة الأسنان.
ويشارك الزجاج والعظام خاصية جزيئية أساسية مشتركة، وهي مقاومة الضغط أكثر من مقاومة الشد.
ويعد السيليكا المكون الأساس للزجاج، وهي مادة يمكن تحويلها إلى سائل وتشكيلها بسهولة، مما يسمح بإنتاج زراعات طبية مصممة بدقة لتتلاءم مع الأجزاء التالفة من العظام.
وتواجه الطباعة التقليدية للزجاج الحيوي قيودًا كبيرة، إذ تتطلب موادَ مرخية سامة، ودرجات حرارة عالية تصل إلى 2000 درجة فهرنهايت (1093.3°م)، ما يحد من تطبيقها الطبي بسبب متطلبات السلامة والتكلفة.
وسعى فريق البحث، بقيادة جينرو شياو، تو تشين، وهوانان وانغ، إلى إيجاد طريقة أكثر أمانًا وفاعلية.
وابتكروا 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)، أي أقل بكثير من الطرق التقليدية.
وقارن الباحثون الزجاج الحيوي الجديد بالزجاج العادي ومواد بديلة للعظام المستخدمة في زراعة الأسنان من خلال تجربة على 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 8 أسابيع، بينما لم يظهر الزجاج العادي نموًا يُذكر.
وتجاوزت التقنية الجديدة القيود التقليدية للطباعة ثلاثية الأبعاد عبر استخدام مواد هلامية نانوية غير عضوية ذاتية 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.
