Энергоинформ /
Новости /
Новости мира Технологий за 2017 год /
Медицина будущего: как биостекло совершит революцию в хирургии
09.08.2017. Медицина будущего: как биостекло совершит революцию в хирургии
На первый взгляд, стекло — не очень подходящая замена сломанной кости, но британские хирурги выяснили, что так называемое биостекло не только крепче, чем человеческая кость, но и может гнуться, пружинить и даже бороться с инфекцией. Что это означает для медицины?
Это было в 2002 году. Иэну Томпсону, специалисту по лицевой костной реконструкции лондонского Королевского колледжа, позвонил отчаявшийся пациент.
Несколько лет назад он пережил несчастный случай, когда чей-то автомобиль потерял управление и выехал на тротуар, в результате чего нынешний пациент Томпсона перелетел через капот и разбил себе лицо — при этом сломав одну хрупкую косточку, которая удерживает глаз человека в глазнице.
«Без этой тоненькой — не больше 1 мм толщиной — косточки ваш глаз уходит вглубь черепа, словно хочет там спрятаться, — объясняет Томпсон. — Но в результате зрение становится хуже — теряется фокус и способность правильно распознавать цвета».
Пациент, которому было около 30, работал в авиации, в том числе помогал менять электропроводку в самолетах, и после травмы он уже не мог понять, где синий проводок, а где красный.
В течение трех лет хирурги пытались помочь ему восстановить нормальное положение глазного яблока — сначала они применяли искусственные имплантаты вместо сломанной косточки, потом сконструировали замену из собственного ребра пострадавшего.
Но обе попытки оказались неудачными — в каждом из случаев спустя несколько месяцев в организме развивалась инфекция, что сопровождалось сильными болями. У врачей иссякли идеи.
Томпсон, разобравшись в ситуации, предложил соорудить первый в мире имплантат из стекла, который бы удерживал глаз пациента в глазнице в нормальном положении.
Идея использовать для этого стекло, материал хрупкий и ломкий, поначалу выглядит контрпродуктивной. Но это было необычное стекло.
«Если поместить в человеческое тело кусочек обыкновенного оконного стекла, то оно быстро обрастет рубцовой тканью и через некоторое время будет вытеснено», — отмечает Джулиан Джонс, эксперт по биоактивному стеклу из Имперского колледжа Лондона.
«А когда вы помещаете в тело биостекло, оно начинает рассасываться, выделяя ионы, которые „разговаривают“ с иммунной системой и говорят клеткам, что делать. Таким образом, тело не воспринимает биостекло как нечто чужеродное, и оно срастается с костями и мягкими тканями, стимулируя образование костного материала».
Томпсону удалось достичь требуемого результата довольно быстро. Почти сразу к его пациенту вернулись нормальное зрение и способность распознавать цвета. И спустя 15 лет его глаз в полном порядке.
Томпсон тем временем продолжил работать с биостеклом в качестве имплантата и оказал эффективную помощь более чем 100 пациентам, пострадавшим в автомобильных и мотоциклетных авариях.
«На самом деле биостекло работает даже лучше, чем собственный костный материал пациента, — говорит он. — Как мы обнаружили, это из-за того, что оно, по мере того как растворяется, постепенно выделяет ионы натрия, уничтожая бактерии. Таким образом — совершенно случайно — оказалось, что биостекло имеет умеренный эффект антибиотика».
Грядет революция?
Биостекло в 1969 году изобрел американский ученый Ларри Хенч. Однажды в автобусе он разговорился с полковником, недавно вернувшимся с вьетнамской войны. Полковник сказал Хенчу, что хотя современные медицинские технологии помогают спасать жизни на поле боя, они не могут спасти конечности раненых.
Тот разговор оказал такое сильное впечатление на ученого, что он решил бросить работу в области межконтинентальных баллистических ракет и попытаться создать биоматериалы, которые бы не отторгались человеческим организмом.
Свои исследования Хенч продолжил в Лондоне, поэтому именно в Британии были впервые применены некоторые из самых революционных инноваций с новым материалом — биостеклом — в самых разных областях, от ортопедической хирургии до стоматологии.
На протяжении последних 10 лет хирурги применяли биостекло в виде порошка (который выглядит как шпаклевка) для устранения дефектов костей в случаях небольших трещин.
Начиная с 2010 года эта самая «шпаклевка» из биостекла стала главным компонентом в зубной пасте Sensodyne Repair and Protect, что стало самым глобальным случаем применения биоактивного материала вообще.
Когда человек чистит зубы этой пастой, биостекло растворяется и выделяет ионы фосфата кальция, которые связываются с минералами зубной ткани. Постепенно, мало-помалу они начинают стимулировать восстановление зубной ткани.
Однако, как считают многие ученые, нынешнее применение биостекла — это лишь самая верхушка айсберга. В настоящее время разрабатываются новые продукты для клинического применения, которые в итоге должны произвести революцию в костно-суставной хирургии.
Когда мы разговаривали с Джулианом Джонсом в его кабинете в Имперском колледже, он показал мне маленький кубик, сделанный из «пружинистого биостекла».
С помощью небольших изменений в химической формуле этому биостеклу придали способность пружинить. Оно не хрупкое, а очень гибкое.
Имплантат из такого материала можно вставить в ногу в месте серьезного перелома, и он будет выдерживать вес пациента, позволяя тому ходить без костылей и без необходимости в дополнительных металлических пластинах или других имплантатах.
В то же самое время «пружинистое биостекло» будет стимулировать восстановление костной ткани, постепенно, естественным образом проникая в тело пациента.
«Когда стоит задача регенерации значительных участков кости, например, в случае серьезного перелома, очень важно, чтобы ваша нога испытывала нагрузку от веса», — подчеркивает Джонс.
«Важно и то, чтобы биоимплантат в вашей ноге мог передавать своего рода сигнал костным клеткам о весе вашего тела. Наш организм создает костный материал, исходя из собственных потребностей — клетки понимают механические особенности тела».
«Таким образом, чтобы восстановить значительный участок кости, клеткам надо посылать правильные сигналы. Причина того, что астронавты в космосе теряют костную массу, состоит в том, что без гравитации клетки их организма не получают информации, которая им поступает, когда человек находится на Земле».
Дальнейшие изменения в химическом составе биостекла ведут к получению новых его форм — более мягких, на ощупь похожих на резину. Такое биостекло, как надеются ученые, поможет в самом сложном разделе ортопедической хирургии — восстановлении хрящевой ткани.
Сейчас хирурги пытаются восстанавливать поврежденную ткань хряща в бедрах больных артритом или в поврежденных коленных суставах с помощью непростой процедуры, называемой «микрофрактурирование». Этот хирургический метод стимулирования роста ткани дает только временный результат, что подтверждают многие спортсмены.
Джонс предлагает свое решение проблемы — такую форму биостекла, имплантат из которой можно будет распечатать на 3D-принтере и затем поместить в любое отверстие в хряще.
Чтобы клетки организма не отторгли имплантат, материал должен обладать всеми естественными свойствами хряща. Для проверки Джонс использует коленные суставы мертвых тел, пожертвованные для его исследований.
«Мы имитируем механику ходьбы, сгибание — в общем, все то, что делает колено человека, — чтобы убедиться в том, что биостекло ведет себя как часть хряща, — рассказывает он. — И если это будет работать, то мы продолжим тесты на животных, а затем перейдем к клиническим испытаниям».
Такое биостекло может найти применение и в случаях, когда люди страдают от болей, связанных с грыжей позвоночных дисков.
Сейчас хирурги заменяют поврежденный диск костным трансплантатом, который срастается с позвоночником. Боль это снимает, но значительно ограничивает в движении.
Имплантат из биостекла можно было бы просто распечатать на 3D-принтере и вставить взамен поврежденного диска. «До настоящего времени никто не сумел воспроизвести механические свойства человеческого хряща, применяя синтетические материалы, — отмечает Джонс. — Но мы считаем, что биостеклу это по силам».
«Нам просто надо доказать, что это возможно. Если все пойдет хорошо, и мы успешно пройдем все необходимые испытания по безопасности, то через 10 лет этот материал поступит в распоряжение врачей».
Что ж, даже если сейчас искусственно созданные материалы, которые могут срастаться с тканями человеческого тела, выглядят немного фантастично, — похоже, это один из наиболее вероятных элементов медицины будущего.
В конце концов, уже сейчас миллионы людей чистят зубы пастой с таким материалом. И это только начало.
Источник: Дэвид Кокс / BBC Future
