Как лечить переломы костей с помощью стекла?

Копірайт зображення Alamy

Британские хирурги выяснили, что так называемое биостекло не только прочнее, чем человеческая кость, но и способно гнуться, пружинить и даже бороться с инфекцией. Что это означает для медицины?

В 2002 году Йену Томпсону, специалисту по челюстно-лицевой реконструкции лондонского Королевского колледжа, позвонил пациент.

Несколько лет назад с ним произошел несчастный случай. Мужчину сбил автомобиль, потерявший управление и выехавший на тротуар. В результате г-н Томпсон перелетел через капот и разбил лицо, сломав одну хрупкую косточку, которая держит глаз человека в глазнице.

"Без этой тоненькой, 1 мм толщиной, косточки ваш глаз проваливается в череп, - объясняет Томпсон. - Зрение ухудшается, теряется фокус и способность правильно распознавать цвета".

В течение трех лет хирурги пытались помочь ему восстановить нормальное положение глазного яблока. Сначала они применили искусственные имплантаты вместо сломанной кости, затем сконструировали замену из ребра пострадавшего.

Но обе попытки оказались неудачными - в каждом случае через несколько месяцев в организме развивалась инфекция, которая провоцировала сильные боли.

У врачей иссякли идеи.

Томпсон, разобравшись в ситуации, предложил изготовить первый в мире имплантат из стекла, который бы удерживал глаз пациента в нормальном положении.

Идея использовать для этого стекло, материал хрупкий и ломкий, выглядит по крайней мере странной. Но это было необычное стекло.

"Если поместить в человеческое тело кусочек обычного стекла, то он быстро обрастет рубцовой тканью и через некоторое время организм его вытеснит", - отмечает Джулиан Джонс, эксперт по биоактивному стеклу из Имперского колледжа Лондона.

"Биостекло, наоборот, начинает рассасываться, выделяя ионы, которые "разговаривают" с иммунной системой и сообщают клеткам, что делать. Таким образом, тело не воспринимает биостекло как нечто чужеродное, и оно срастается с костями и мягкими тканями, стимулируя образование костного материала", - объясняет эксперт.

Томпсону удалось достичь необходимого результата достаточно быстро. Почти сразу у его пациента вернулось нормальное зрение и способность распознавать цвета.

И через 15 лет его глаза - абсолютно здоровы.

Томпсон продолжил работать с имплантатами из биостекла и предоставил эффективную помощь более ста пациентам, пострадавшим в автомобильных и мотоциклетных авариях.

Революция в медицине

Биостекло изобрел американский ученый Ларри Генч в 1969 году. Однажды в автобусе он разговорился с полковником, который только что вернулся с войны во Вьетнаме.

Полковник рассказал, что хотя современные медицинские технологии и помогают спасать жизни на поле боя, они не могут спасти конечности раненых.

И разговор произвел сильное впечатление на ученого, который решил бросить работу в области межконтинентальных баллистических ракет и взяться за разработку биоматериалов, которые не отторгал бы человеческий организм.

Свои исследования Генч продолжил в Лондоне. И поэтому именно в Британии впервые были применены некоторые из самых революционных инноваций из биостекла - от ортопедической хирургии до стоматологии.

Копірайт зображення Alamy
Image caption Биостекло уже широко применяют в быту, например, оно входит в состав зубной пасты Sensodyne

В течение последних 10 лет хирурги использовали биостекло в виде порошка (который напоминает шпаклевку) для устранения дефектов костей при небольших трещинах.

С 2010 года такой порошок стал главным компонентом зубной пасты Sensodyne Repair and Protect. Это стало самым распространенным случаем применения биоактивного материала в целом.

Когда человек чистит зубы этой пастой, биостекло растворяется и выделяет ионы фосфата кальция, которые связываются с минералами зубной ткани. Постепенно они начинают стимулировать восстановление зубной ткани.

Однако, как считают многие ученые, настоящее применение биостекла - это лишь верхушка айсберга. Новые продукты для клинического применения, которые разрабатывают сегодня, в конце концов должны произвести революцию в костно-суставной хирургии.

Когда мы разговаривали с Джулианом Джонсом в его кабинете в Имперском колледже, он показал мне маленький кубик, изготовленный из "гибкого биостекла".

С помощью небольших изменений в химической формуле этого материала ученые придали ему способность пружинить.

Имплантат из такого материала можно вставить в ногу в месте серьезного перелома. Он будет выдерживать вес пациента, позволяя ему ходить без костылей и без необходимости в дополнительных металлических пластинах или других имплантатах.

Кроме того, "гибкое биостекло" будет стимулировать восстановление костной ткани, постепенно, естественным образом проникая в организм пациента.

Копірайт зображення Julian Jones
Image caption Гибкое биостекло не имеет ничего общего с обычным стеклом

С помощью дальнейших изменений в химическом составе биостекла можно получить новые его формы - более мягкие, на ощупь похожие на резину.

Ученые надеются, что такое биостекло поможет в сложной части ортопедической хирургии - восстановлении хрящевой ткани.

Теперь хирурги пытаются восстановить поврежденную ткань хряща в суставах больных артритом или в поврежденных коленных суставах с помощью непростой процедуры - "микрофрактурирования".

Однако этот хирургический метод стимулирования роста ткани дает лишь временный результат, что подтверждают многие спортсмены.

Джонс предлагает свое решение проблемы - форму биостекла, имплантат из которой можно будет распечатать на 3D-принтере и затем поместить в любое отверстие в хряще.

Чтобы клетки организма не отторгали имплантат, материал должен обладать всеми природными свойствами хряща. Для проверки Джонс использует коленные суставы умерших людей, которые дали на это разрешение.

Копірайт зображення Alamy
Image caption Применение биостекла может помочь и в восстановлении поврежденных коленных суставов

"Мы имитируем механику ходьбы, сгибание, чтобы убедиться, что биостекло ведет себя как часть хряща, - рассказывает исследователь. - И если это сработает, мы перейдем к тестам на животных, а затем - к клиническим испытаниям".

Такое биостекло можно применять и в случаях, когда люди страдают от боли, связанной с грыжей позвоночных дисков.

Сегодня хирурги заменяют поврежденный диск костным трансплантатом, который срастается с позвоночником. Это снимает боль, но значительно ограничивает в движении.

Имплантат из биостекла можно было бы просто распечатать на 3D-принтере и вставить вместо поврежденного диска.

"До настоящего времени никто не сумел воспроизвести механические свойства человеческого хряща, применяя синтетические материалы, - отмечает Джонс. - Но мы считаем, что биостеклу это под силу".

"Если мы успешно пройдем все необходимые испытания, то через 10 лет этот материал попадет в больницы", - говорит он.

Конечно, искусственные материалы, которые могут срастаться с человеческим организмом, выглядят несколько фантастически. Впрочем, вероятность того, что они станут частью медицины будущего, растет все больше.

В конце концов, уже сейчас миллионы людей чистят зубы пастой с таким материалом. И это только начало.

Прочитатьоригинална английском вы можете на сайтеBBC Future

Новости по теме