Импланты из биостекла

Британскими хирургами было установлено, что инновационный материал, называющийся биостеклом, значительно более крепкий по сравнению с костной тканью человека. В то же время он обладает большей гибкостью, пружинит и может противостоять инфекциям. Какие же возможности это открывает в медицине?

Все началось с автомобильной аварии

В далёком 2002-м году в кабинете специалиста в области реконструктивной челюстно-лицевой хирургии в лондонском Королевском колледже Иена Томпсона раздался звонок от отчаявшегося пациента.

Некоторое время назад этот человек попал в дорожно-транспортное происшествие. После того, как неизвестный водитель не справился с управлением, заехал на пешеходную дорожку и сбил его. В результате данного инцидента мужчина, являющийся теперь пациентом доктора Томпсона, перелетев поверх капота, получил травмы лица – он сломал очень тонкую кость, отвечающую за удержание глазного яблока на месте.

«При повреждении этой крайне тонкой кости, толщина которой составляет всего 1 миллиметр, глазное яблоко погружается внутрь черепа, как будто желая там скрыться, - поясняет доктор Томпсон. – В итоге снижается возможность фокусировки взгляда и правильного распознавания цветов – зрение значительно ухудшается».
Пациенту на тот момент было меньше 30 лет, его работа была связана с авиацией – он занимался заменой электропроводки самолётов, однако, получив данную травму, он потерял способность отличать синие провода от красных, а вследствие и работу.

На протяжении 3-х лет специалисты-хирурги старались оказать помощь в восстановлении нормального расположения глаза – для начала ими была произведена замена повреждённой кости на искусственный имплантат, затем постарались сконструировать заменяющую конструкцию используя собственное ребро пациента.

К сожалению, каждая из этих попыток потерпела неудачу – в обеих ситуациях по прошествии нескольких месяцев у него обнаруживалось инфицирование, сопровождавшееся сильнейшей болью. Врачи стали терять надежду на благополучный исход. После подробного разбора данного случая, профессором Томпсоном было внесено предложение о сооружении первого в своём роде имплантата с использованием стекла, который должен был служить для удержания глазного яблока в правильной позиции внутри глазницы.

Мысль об использовании с этой целью биостекла, являющегося хрупким и ломким материалом, сначала показалась совершенно невероятной. Однако биостекло значительно отличается от обычного.

«После помещения в тело человека обыкновенное стекло, используемое для остекления окон, обрастает рубцовыми тканями и после непродолжительного времени вытесняется из организма», - сообщает специалист по биологически активному стеклу, практикующий в Имперском колледже в Лондоне – Джулиан Джонс.

«Если же в организм человека помещается биологическое стекло, имеющее способность к рассасыванию, оно выделяет ионы, обладающие возможностью «общаться» с иммунитетом и «говорить» тканям и клеткам, что они должны сделать. Именно благодаря этому биостекло не воспринимается в качестве чужеродного элемента. Оно может срастаться с костной и мышечной тканью, участвуя в стимуляции образования костной мозоли».

Иен Томпсон в достаточно скором времени смог добиться желаемых результатов. Практически моментально его пациент вновь смог нормально видеть и различать цвета. По прошествии пятнадцати лет глазное яблоко по-прежнему в норме.
На данный момент доктор Томпсон продолжает работу над использованием биологически активного стекла для имплантации. Среди его заслуг – выздоровление свыше сотни пациентов, которые пострадали во время аварий на автомобилях или мотоциклах.

«Биологически активное стекло обладает значительно лучшими характеристиками нежели собственные костные ткани человека, - заявляет он. – нами было обнаружено, что происходит благодаря тому, что в процессе его растворения происходит выделение ионов натрия, помогающих в уничтожении бактерий. Абсолютно случайным стало открытие того, что биостёкла обладают умеренным противомикробным действием».

Внедрение инноваций

Изобретение биостекла произошло в 1969-м году. Его открыл учёный из Америки Ларри Хенч. Вследствие этого британские медики были первыми применившими некоторые самые революционные инновации из нового материала – биостекла – в различных медицинских отраслях, от стоматологических клиник до ортопедии в хирургии.

Множество людей используют биостекло практически каждый день и не знают об этом. Оно включено в состав зубных паст. С 2010-го года «шпатлёвкой» из биологически активного стекла дополнили состав зубной пасты «Sensodyne Repair and Protect». До сих пор это является самым массовым методом использования биоактивного стекла как такового.
Во время чистки зубов данными пастами, происходит растворение биостекла с выделением ионов кальция фосфата, связывающихся с различными минералами, которые содержатся в тканях зуба. Таким образом, зубная ткань начинает потихоньку восстанавливаться.

В течение более чем десяти лет биостекло применялось в хирургии под видом порошкообразного вещества для того, чтобы устранить дефекты костной ткани при наличии незначительных повреждений. Медики выдвигают предположение, что теперешние возможности использования этого материала – только незначительная часть его потенциала. Продолжается разработка новых продуктов, которые будет возможно применять в медицине для революционных достижений в области лечения костно-суставных патологий.

Имплантаты из него теперь вставляются в кости ног в местах серьёзных переломов. При этом оно способно держать нагрузку от веса человека, давая ему возможность передвигаться без использования костыля. Больше нет надобности вставлять вспомогательные пластины из металла или иные имплантаты. К тому же, одновременно с этим, «пружинящее» биостекло стимулирует процессы восстановления костных структур, размеренно и естественно усваиваясь телом человека.
«Пружинящее» биологически активное стекло не имеет общих параметров с оконными.

«Если перед нами поставлена цель регенерировать значительные участки костной ткани, особенно при серьёзных переломах, необходимо, чтобы кости смогли выдержать вес тела», - заявляет Джонс. «В то же время нужно, чтобы имплантат, находящийся у вас в кости, имел возможность передачи определённых сигналов клеткам костей о вашем весе. Костные ткани создаются в нашем организме по собственным потребностям – клеткам необходимо «понимание» механических особенностей организма. Именно поэтому для восстановления значительного участка костей, клетки должны получать верные данные.

Внесение последующих изменений в химический состав биоактивного стекла приводят к возникновению новой формы – она мягче, тактильно похожа на резину. Специалисты надеются, что данный биоматериал способен помочь в одном из самых сложных аспектов ортопедии – регенерации тканей хряща.

В настоящее время хирургами предпринимаются попытки восстановления повреждённой хрящевой ткани в бедре пациентов с артритами или при повреждениях коленного сустава при помощи достаточно сложной процедуры – «микрофрактурирования». Данный способ хирургического вмешательства, стимулирующий рост тканей, позволяет добиться всего лишь временного результата. Это было подтверждено многими профессиональными спортсменами.
Джонсом было предложено разрешение создавшейся ситуации – необходим такой вид биоактивного стекла, имплантаты из которого станет возможно печатать при помощи 3D-принтеров для последующего помещения в любые отверстия в хрящах.

Для предотвращения отторжения имплантата клетками тела, необходимо добиться от материала наличия всех естественных свойств хрящевой ткани. Чтобы проверить соответствие, Джонсом используются коленные суставы умерших, отданные ему на исследования.

Использование биоактивного стекла способно помочь в решении проблем с регенерацией травмированных коленей.
«Нами используется имитация механики хождения, сгибания – всех тех движений, которые совершаются коленом пациентов, - для убеждения в правильном поведении биостекла. Оно должно работать так, как будто является неотъемлемой частью хрящевой ткани, - делится учёный. – Если методика докажет свою эффективность, нами будут проведены тестирования на животных. Вслед за этим мы планируем переход на клинические испытания».

Данное биологически активное стекло можно будет применять в тех ситуациях, если пациенты испытывают боли, связанные с наличием грыжевых выпячиваний между позвоночными дисками. На данный момент повреждённые диски заменяются хирургами на костный трансплантат, срастающийся с позвонками. При этом боли купируются, но пациенты испытывают значительные ограничения в движениях.

Имплантаты из биоматериалов возможно будет печатать на 3D-принтерах и вставлять на место повреждённых дисков. «До сих пор никому так и не удалось воспроизведение всех механических свойств хрящевой ткани человека, используя синтетический материал, - говорит учёный. – Однако, нам кажется, что биоактивное стекло справится с этим». 
«Нам следует предъявить доказательства возможности этого. В том случае, если мы добьёмся успехов в прохождении всех необходимых испытаний на безопасность, данные биоматериалы станут доступны врачам в течение ближайших десяти лет».

Несмотря на то, что в настоящее время создание искусственных материалов, обладающих способностью сращения с тканью нашего организма, кажется фантастикой, - вполне возможно оно станет основным элементом в медицине в ближайшем будущем. Напомним, что уже в наше время людям доступны зубные пасты с данными материалами. А ведь процесс запущен не так давно.