به گزارش تجارت نیوز، سالهاست دانشمندان در تلاشند تا مواد زیستی جدیدی برای جایگزینی استخوانهای آسیبدیده یا از دسترفته طراحی کنند. تا امروز بیشتر تمرکز روی سرامیکها، فلزات یا پلیمرهای زیستی بوده است. اما این بار محققان چینی راهی متفاوت را انتخاب کردهاند: شیشه. مادهای که همیشه به شکنندگی معروف بوده، اکنون در قالب یک شیشه زیستی نوآورانه و قابل چاپ سهبعدی، به گزینهای جدی برای بازسازی استخوانها تبدیل شده است. پژوهشی تازه نشان میدهد این شیشه زیستی نه تنها میتواند استحکام مکانیکی مشابه استخوان را تقلید کند، بلکه در آزمایشهای حیوانی نیز توانسته است رشد سلولهای استخوانی را برای مدت طولانی پشتیبانی کند.
چرا شیشه؟
شیشه و استخوان در ظاهر بسیار متفاوتاند، اما از نظر رفتار مکانیکی یک ویژگی مشترک دارند: هر دو در برابر فشار (compression) مقاومت بالاتری نسبت به کشش دارند. این ویژگی شیشه را به مادهای بالقوه برای تقلید از استخوان تبدیل میکند. عنصر اصلی تشکیلدهنده شیشه سیلیس است. سیلیس میتواند بهصورت مایع وجود داشته باشد و آزادانه شکل بگیرد؛ به همین دلیل امکان ساخت ایمپلنتهایی را فراهم میکند که با دقت بالا با قسمتهای آسیبدیده استخوان سازگار شوند.
مانع بزرگ؛ چاپ سهبعدی شیشه
چاپ سهبعدی شیشه بهطور معمول بسیار دشوار است، زیرا نیازمند استفاده از نرمکنندههای سمی و حرارتهای بسیار بالا (بیش از ۲۰۰۰ درجه فارنهایت) است. چنین شرایطی نه تنها هزینهبر و وقتگیر هستند، بلکه برای کاربردهای پزشکی نیز ایمن و مناسب نیستند. از اینرو تیمی از محققان به رهبری جیانرو شیائو، تائو چن و هوانان وانگ به دنبال یک روش ایمنتر و پایدارتر رفتند.
راهکار سبز پژوهشگران چینی
این تیم با ترکیب ذرات سیلیس با بار مخالف و افزودن یونهای کلسیم و فسفات – دو محرک مهم برای تشکیل سلولهای استخوانی – موفق به ساخت یک ژل قابل چاپ شدند. این ژل پس از چاپ، تنها در ۱۳۰۰ درجه فارنهایت (حدود ۷۰۰ درجه سانتیگراد) سفت میشد؛ دمایی بسیار پایینتر از استانداردهای رایج.
این روش که آن را استراتژی چاپ سبز نامیدند، امکان تولید ساختارهای شیشهای زیستفعال را بدون استفاده از افزودنیهای سمی فراهم کرد. نتایج مکانیکی نشان داد ژلهای تولیدشده دارای مدول فشاری حدود ۲.۳ مگاپاسکال هستند؛ عددی که برای داربستهای استخوانی کافی محسوب میشود. علاوه بر این، ماده توانایی خودترمیمی خود را حفظ کرد که به چاپپذیری و کنترل شکل بهتر کمک میکند.
آزمایشهای حیوانی و نتایج امیدوارکننده
برای سنجش عملکرد زیستی، محققان شیشه زیستی جدید را در کنار شیشه سیلیس ساده و یک جایگزین استخوان دندان تجاری آزمایش کردند. آزمایشها روی خرگوشها و در ترمیم بخشهایی از جمجمه انجام شد. نتایج به شرح زیر بود:
- محصول تجاری در ابتدای کار رشد سریعتری از سلولهای استخوانی را تحریک کرد.
- شیشه زیستی جدید در درازمدت پایدارتر بود. پس از ۸ هفته، بیشتر سلولهای استخوانی به داربست شیشه زیستی متصل شدند.
- شیشه ساده تقریباً هیچ رشد استخوانی نشان نداد.
این نتایج نشان داد که شیشه زیستی تازه توسعهیافته میتواند بهاندازه جایگزینهای تجاری مؤثر باشد و حتی در حفظ رشد استخوان در مدت طولانیتر عملکرد بهتری داشته باشد.
اهمیت روش سبز
بیشتر روشهای چاپ سهبعدی شیشه یا سرامیک به مواد آلی و دمای بالا وابستهاند. این مسئله علاوه بر افزایش هزینه و زمان، فعالیت زیستی را کاهش میدهد و حتی میتواند اثرات سمی به همراه داشته باشد. رویکرد جدید تیم چینی تمام این موانع را برطرف کرده است:
- بدون نیاز به افزودنیهای آلی
- پخت در دمای پایینتر (۱۳۰۰ درجه فارنهایت)
- حفظ زیستفعالی و ایمنی بیشتر برای کاربردهای پزشکی
محققان میگویند این ماده میتواند در آینده جایگزینهای استخوانی مقرونبهصرفه، ایمن و قابل تنظیم را فراهم کند که فراتر از حوزه دندانپزشکی، در ارتوپدی و ترمیم استخوانهای بزرگتر نیز کاربرد داشته باشد.
به نقل از IE، پژوهش جدیدی که در مجله ACS Nano منتشر شده است، نشان میدهد شیشه – مادهای که همیشه نماد شکنندگی بوده – میتواند در قالب یک شیشه زیستی سهبعدی نوآورانه، به ابزاری برای بازسازی استخوانهای بدن انسان تبدیل شود. این فناوری نه تنها رشد استخوان را در آزمایشهای حیوانی پشتیبانی کرده، بلکه با روش سبز و ایمن خود، آیندهای امیدوارکننده برای کاربردهای گسترده پزشکی و حتی فراتر از آن، در صنایع انرژی و ماشینآلات ترسیم میکند. اگر این دستاورد به مرحله بالینی برسد، میتواند یکی از بزرگترین تحولات در حوزه مهندسی بافت و جایگزینی استخوان باشد.
