Vidrio creado por impresión 3D para reemplazar huesos

Es fácil pensar en el vidrio como un material demasiado quebradizo para reemplazar huesos o partes de ellos, y la descripción “huesos de vidrio” podría parecer una expresión coloquial señalando unos huesos demasiado débiles. Sin embargo, hay muchas formas de usar el vidrio y además resulta que este material se parece a la materia ósea en muchas cosas.

Un equipo encabezado por Zhenzhen Dou, de la Universidad Tecnológica de Dalián en China, ha desarrollado un vidrio bioactivo fabricable mediante impresión 3D que, según las primeras investigaciones, es un buen sucedáneo de la materia ósea. Usado en conejos, promovió el crecimiento de células óseas mejor que el vidrio convencional y que un sucedáneo óseo disponible comercialmente.

Tanto el hueso como el vidrio soportan mejor el peso que el estiramiento gracias a las estructuras cristalinas de las moléculas que los componen. Sin embargo, a diferencia del hueso, el componente principal del vidrio, la sílice, puede existir en forma líquida y puede emplearse con impresión 3D para dar a la pieza resultante cualquier forma deseada, por ejemplo la de la porción faltante exacta de un hueso.

El problema que se ha venido sufriendo es que la mayoría de los vidrios imprimibles en 3D requieren agentes plastificantes tóxicos o para manejarse en su forma líquida deben estar a temperaturas no inferiores a unos 1.100 grados centígrados.

Teniendo en cuenta este problema, Zhenzhen Dou y sus colegas se propusieron, y lo han conseguido, desarrollar un vidrio imprimible en 3D que no requiriera plastificantes ni temperaturas extremadamente altas para servir como andamio para las células formadoras de hueso natural.

Este vidrio bioactivo imprimible en 3D (mostrado en color rosa) podría algún día usarse como sustituto óseo. (Imagen: adaptada de ACS Nano 2025, DOI:10.1021/acsnano.5c06377)

Los investigadores combinaron partículas de sílice con carga opuesta, así como iones de calcio y fosfato (ambos conocidos por inducir la formación de células óseas), para formar un gel de vidrio bioactivo empleable como “tinta” en la impresión 3D. Tras moldearlo con una impresora 3D, se endureció hasta alcanzar su forma final en un horno a una temperatura relativamente baja de 700 grados centígrados. A continuación, probaron el nuevo biovidrio comparándolo con un gel de vidrio de sílice simple para impresión 3D y un sucedáneo óseo dental disponible comercialmente. La prueba consistió en intentar reparar los daños craneales  de unos conejos vivos.

Si bien el producto comercial generó materia ósea más deprisa, el biovidrio mantuvo el crecimiento durante más tiempo; después de 8 semanas, la mayoría de las células óseas presentes habían crecido en la estructura de biovidrio. El vidrio simple apenas registró crecimiento de células óseas.

Los resultados logrados por el equipo demuestran que el método ensayado es una forma sencilla y barata de fabricar por impresión 3D piezas óseas de biovidrio. El método, una vez haya superado otras pruebas y los ensayos clínicos pertinentes, podría tener amplias aplicaciones en medicina e incluso en ingeniería.

Zhenzhen Dou y sus colegas exponen los detalles de su nuevo vidrio sucedáneo de la materia ósea en la revista académica ACS Nano, bajo el título “Rational Design of Purely Inorganic Self-Healing Colloidal Hydrogels To Enable ‘Green’ 3D Printing of Bioglass-Based Bone Substitutes”. (Fuente: NCYT de Amazings)