Волшебное биостекло в человеческом организме
Очень часто то, что, на первый взгляд, кажется нереальным и даже абсурдным, со временем становится привычным и будничным: тому яркий пример фантазии Чапека или Верна.
На этот раз речь пойдет о новом медицинском материале — биостекле, которое со временем станет лучшей альтернативой замены сломанных костей, так как оно крепче, чем человеческая кость, и гибче, может пружинить и даже бороться с инфекцией.
А все началось еще в 1969 году, когда американским ученым Ларри Хенчем было изобретено биостекло. Поводом для этого открытия послужил обычный разговор в автобусе, когда он разговорился с полковником, ветераном вьетнамской войны.
Рассказ военного о том, что медицинские технологии, позволяющие спасти жизни на поле боя, не способны спасти конечности раненых настолько поразил Хенча, что он забросил исследования в области межконтинентальных баллистических ракет и сконцентрировал все внимание на создании биоматериала, который бы не отторгался человеческим организмом.
Затем исследования были продолжены в Лондоне, поэтому именно здесь впервые были применены несколько революционных инноваций с биостеклом в самых разных областях медицины: от ортопедической хирургии до стоматологии.
Последние 10 лет хирурги начали применять биостекло в виде порошка, напоминающего шпаклевку, для устранения дефектов костей при небольших трещинах.
А с 2010 года уникальный материал становится основным компонентом в составе зубной пасты «Sensodyne Repair and Protect». Во время чистки зубов биостекло, растворяясь, выделяет ионы фосфата кальция, которые связываются с минералами зубной ткани. Со временем они начинают стимулировать восстановление зубной ткани.
Что же касается эффективности применения биостекла в области хирургии, то здесь показателен случай из практики англичанина Иэна Томпсона, специалиста по лицевой костной реконструкции. В 2002 году к нему за помощью обратился отчаявшийся пациент, которого сбил автомобиль.
При падении мужчина разбил себе лицо, сломав при этом хрупкую косточку (не больше 1 мм толщиной), удерживающую глаз в глазнице. Вследствие полученной травмы, глаз ушел вглубь черепа, что, в свою очередь, отрицательно сказалось на зрении: исчезли способность фокусирования и распознавания цветов. 3 года специалисты пытались вернуть нормальное положение глазного яблока от искусственных имплантов, вместо сломанной косточки, до ее замены из собственного ребра пострадавшего.
Все попытки закончились неудачами: во всех случаях через несколько месяцев начиналась инфекция, сопровождающаяся сильными болями. Идей, как излечить пациента, у хирургов больше не было. Изучив все обстоятельства,
Томпсон предложил создать первый в мире имплант из биостекла, который смог бы удерживать в нормальном положении глаз в глазнице. Результат превзошел все ожидания: к пациенту почти сразу же вернулось зрение и способность распознавать цвета. Прошло уже 15 лет, а глаз и зрение остаются в полном порядке.
Тем временем Томпсон продолжил работу с имплантами из биостекла, оказав такого же рода помощь более чем 100 пациентам, пострадавшим в дорожно-транспортных происшествиях. В ходе исследований ученый обнаружил, что новый уникальный материал, по мере своего растворения, выделяет ионы натрия, уничтожая бактерии. Как оказалось, у биостекла обнаружился умеренный эффект антибиотика.
Комментируя работу своего коллеги, Джулиан Джонс, эксперт по биоактивному стеклу, отметил, что биостекло, помещенное в тело, начинает рассасываться, выделяя ионы, которые начинают тесно контактировать с иммунной системой, указывая клеткам, что нужно делать.
Именно поэтому биостекло не воспринимается организмом пациента как нечто чужеродное и постепенно срастается с мягкими тканями и костями, стимулируя образование костного материала. Исследования показывают, что биостекло действует даже лучше, чем собственный костный материал пациента.
То ли еще будет
Многие ученые считают, что у биостекла весьма большие перспективы в области медицины. В настоящее время ученые продолжают разработку новых медицинских продуктов из уникального материала для клинического применения, которые в скором времени совершат революционный прорыв в области костно-суставной хирургии.
Теперь появилась новая модификация биостекла: при помощи некоторых изменений в химической формуле биостеклу удалось придать способность пружинить, сделав его очень гибким. Теперь импланты из такого материала можно вставлять в ногу в месте сложных переломов, так как они смогут выдерживать вес пациента, позволяя тому передвигаться без костылей, избежав дополнительных операций по внедрению металлических пластин или других имплантов.
Кроме того «пружинистое» биостекло сможет стимулировать процесс восстановления костной ткани, естественным образом постепенно проникая в тело человека. Когда речь идет о регенерации больших участков кости при сложных переломах, важно, чтобы нога в это время испытывала нагрузку от веса.
Эксперт Джулиан Дэонс утверждает, что в этом случае важно, чтобы имплант из биостекла мог передавать сигнал-информацию костным клеткам о весе тела пациента. Дело в том, что организм создает костный материал, исходя из собственных потребностей: клетки понимают механические особенности тела.
Именно поэтому для восстановления значительных участков поврежденной кости клетки должны получать правильные сигналы. Это подтверждается тем фактом, что астронавты теряют в космосе костную массу по причине того, что без гравитации клетки организма не получают информацию, которая поступает к ним, когда человек находится на Земле.
Следующий этап исследований — получение новой формы биостекла, более мягкой, похожей на ощупь на резину. Ученые надеются, что новый вид этого уникального материала можно с успехом использовать при восстановлении хрящевой ткани, одной из самых сложных процедур в ортопедической хирургии.
В настоящее время хирурги пытаются восстановить поврежденную ткань хряща в бедрах больных артритом или в поврежденных коленных суставах при помощи сложной процедуры микрофрактурирования. Однако такие манипуляции стимулирования роста ткани дают только временный результат, что подтверждается многими спортсменами.
Для этого случая Джонс предлагает использовать именно такую форму биостекла, имплант из которой можно будет распечатать на 3D-принтере и поместить в любое отверстие в хряще. Но, чтобы клетки организма не смогли отторгнуть имплант, материал должен обладать всеми естественными свойствами хряща. Новая форма биостекла, по мнению ученого, позволит успешно решить проблему восстановления поврежденных суставов.
В ходе исследований создается имитация механики ходьбы и сгибаний, которую производит колено человека, для того, чтобы убедиться в том, что биостекло ведет себя подобно хрящу. При успешном окончании этого этапа исследований, тестирование материала продолжится на животных, а потом уже и на добровольцах. Новая форма биостекла будет применяться и в тех случаях, когда человек страдает от болей, связанных с межпозвоночной грыжей.
В настоящее время для решения этой проблемы хирурги проводят замену поврежденного диска костным имплантом, который постепенно срастается с позвоночником. Это снимает боль, но существенно ограничивает человека в движениях. С новым имплантом из биостекла дела будут обстоять совсем иначе: его можно будет распечатывать на 3D-принтере и заменять им поврежденный диск.
Как утверждает Джонс, до настоящего времени еще никому не удавалось воспроизвести механические свойства человеческого хряща, применяя синтетические материалы. Однако ученые уверены, что им удастся добиться этого и при успешных результатах испытаний новый материал лет через 10 поступит в распоряжение врачей.