ISTOCK
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 нынешний пациент Томпсона перелетел через капот и разбил себе лицо — при этом сломав одну хрупкую кость, 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 различать, где синий провод, а где красный.
В течение трех лет хирурги пытались помочь ему восстановить нормальное положение глазного яблока — сначала они применяли искусственные имплантаты вместо сломанной кости, потом сконструировали замену из 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 создать первый в мире имплантат из стекла, который бы удерживал глаз пациента в глазнице в нормальном положении.
Идея использовать стекло, материал хрупкий и ломкий, поначалу выглядит контрпродуктивной. Но это было необычное стекло.
«Если поместить в человеческое тело кусочек обыкновенного оконного стекла, оно быстро обрастет рубцовой тканью и через некоторое время произойдет его отторжение», — 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 теперь, 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 растворения постепенно выделяет ионы натрия, которые уничтожают бактерии. Таким образом, совершенно случайно оказалось, что биостекло обладает умеренным эффектом 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.
Разговор произвел настолько 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.
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».
После 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» постепенно будет стимулировать восстановление костной ткани.
Пружинистое биостекло: ничего общего с оконным. Фото: Julian Jones
«Когда стоит задача регенерации значительных участков кости, например, в случае серьезного перелома, очень важно, чтобы ваша нога испытывала нагрузку веса тела», — 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 в отсутствие гравитации их клетки не получают той 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.
В настоящее время хирурги восстанавливают поврежденную ткань хряща в бедрах больных артритом или в поврежденных коленных суставах с помощью непростой процедуры, так называемого «микрофрактурирования». Этот хирургический метод стимулирования роста ткани дает лишь временный результат, что подтверждают многие спортсмены.
Джонс предлагает свое решение проблемы — такую форму биостекла, имплантат из которого можно будет распечатать на 3D-принтере и затем поместить в любое отверстие в хряще.
Чтобы клетки организма не отторгли имплантат, материал должен обладать всеми 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, способные срастаться с тканями человеческого тела, выглядят довольно 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.
