¿Puede el vidrio reemplazar al hueso? Eso es lo que proponen estos científicos

Desde que Bruce Willis protagonizara El Protegido, el relato de un superhéroe que sobrevive a numerosos accidentes mortales y conoce a su “antagonista”, interpretado por Samuel L. Jackson, que sufre de osteogénesis imperfecta (huesos de cristal), esta enfermedad se hizo reconocida públicamente. Así, no es extraño que alguien piense en el vidrio como sustituto del hueso.

Tanto el vidrio como el hueso comparten una característica clave gracias a sus estructuras moleculares: resisten mejor la compresión que el estiramiento. Esta cualidad es la base de la sílice el componente principal del vidrio, que puede existir en forma líquida y moldearse libremente. Gracias a ello, es posible crear implantes que se pueden fabricar para adaptarse perfectamente a las secciones dañadas de los huesos. Si bien el vidrio tiene potencial, perfeccionar el proceso de impresión ha sido un obstáculo. Hasta ahora

Un equipo de científicos chinos ha desarrollado un vidrio bioactivo imprimible en 3D con una resiliencia similar a la del hueso. En el estudio, publicado en ACS Nano, los autores demuestran que, en pruebas con animales, este vidrio favoreció el crecimiento de células óseas durante más tiempo que el vidrio simple y casi igualó a un material líder en implantes dentales.

La impresión 3D convencional de vidrio requiere plastificantes tóxicos y calor extremo superior a 1000 °C, lo que limita su uso en medicina, donde la seguridad y el coste son factores esenciales.

Los autores, liderados por Huanan Wang buscaron una solución más limpia. Combinaron partículas de sílice con carga opuesta con iones de calcio y fosfato, ambos conocidos por desencadenar la formación de células. Esta mezcla formó un gel imprimible que podía endurecerse a unos 700º C. El equipo comparó su nuevo biovidrio, vidrio de sílice simple y un sustituto óseo dental comercial en la reparación del cráneo de un conejo.

Si bien el producto comercial estimuló un crecimiento inicial más rápido, el biovidrio demostró ser más duradero. Después de ocho semanas, la mayoría de las células óseas se habían adherido al armazón de biovidrio, mientras que el vidrio simple mostró poco o ningún crecimiento. El estudio señala que su material mantuvo el crecimiento óseo durante más tiempo que las opciones existentes. Describieron su trabajo como un avance en sustitutos óseos asequibles y personalizables con aplicaciones que van mucho más allá de la odontología.

Más allá de los resultados médicos, el equipo destacó el avance técnico de su enfoque. Explicaron que la mayor parte de la impresión 3D de cerámica o vidrio depende de plastificantes orgánicos y sinterización a alta temperatura. La sinterización es el proceso en el que partículas en polvo de un material (como metal o cerámica) se unen mediante calor.

Estos pasos incrementan el coste y el tiempo, reducen la bioactividad e incluso pueden tener efectos tóxicos. Su método soluciona estos problemas mediante el uso de geles coloidales inorgánicos autorreparadores, hechos de nanoesferas de sílice que se atraen electrostáticamente.

Esto les permitió imprimir en 3D estructuras de vidrio resistentes sin aditivos y terminarlas a temperaturas relativamente bajas mediante un proceso conocido como sinterización a baja temperatura. Los geles resultantes mostraron un módulo de compresión de aproximadamente 2,3 MPa, lo suficientemente resistente como para su uso como andamiaje óseo.

También conservaron su capacidad de autorreparación, lo que proporciona al material una mejor imprimibilidad y control de la forma. Tras la sinterización a 700 °C, las estructuras impresas mantuvieron su forma, se mantuvieron bioactivas y favorecieron el crecimiento óseo en las pruebas.

“Esta estrategia de impresión 3D inorgánica ‘verde’ permitió la fabricación rentable y con bioactividad preservada de sustitutos óseos a base de biovidrio, lo que condujo a una mejor osteogénesis y osteointegridad in vivo”, señala el estudio.

La buena noticia es que el impacto de este avance no es exclusivo de la medicina y podría extenderse a industrias desde la maquinaria hasta la energía.