Биостекло. Гряде революція?

Це було в 2002 році. Вам Томпсону, фахівця з лицьової кісткової реконструкції лондонського Королівського коледжу, подзвонив зневірений пацієнт.

Кілька років тому він пережив нещасний випадок, коли чийсь автомобіль втратив керування і виїхав на тротуар, в результаті чого нинішній пацієнт Томпсона перелетів через капот і розбив собі обличчя - при цьому зламавши одну тендітну кісточку, яка утримує очей людини в очниці.

"Без цієї тоненької - не більше 1 мм завтовшки - кісточки ваш очей йде углиб черепа, немов хоче там сховатися, - пояснює Томпсон. - Але в результаті зір стає гірше - втрачається фокус і здатність правильно розпізнавати кольори".

Пацієнт, якому було близько 30, працював в авіації, в тому числі допомагав міняти електропроводку в літаках, і після травми він уже не міг зрозуміти, де синій проводок, а де червоний.

Протягом трьох років хірурги намагалися допомогти йому відновити нормальне положення очного яблука - спочатку вони застосовували штучні імплантати замість зламаної кістки, потім сконструювали заміну власного ребра потерпілого.

Але обидві спроби виявилися невдалими - у кожному з випадків через кілька місяців в організмі розвивалася інфекція, що супроводжується сильними болями. У лікарів вичерпалися ідеї.

Томпсон, розібравшись у ситуації, запропонував спорудити перший у світі імплантат із скла, який би утримував очей пацієнта в очниці в нормальному положенні.

Ідея використовувати для цього скло, матеріал крихкий і ламкий, спочатку виглядає контрпродуктивною. Але це було незвичайне скло.

"Якщо помістити в людське тіло шматочок звичайного віконного скла, то воно швидко обросте рубцевою тканиною і через деякий час буде витіснене", - зазначає Джуліан Джонс, експерт з біоактивному скла з Імперського коледжу Лондона.

"А коли ви поміщаєте в тіло биостекло, воно починає розсмоктуватися, виділяючи іони, які "розмовляють" з імунною системою і кажуть клітин, що робити. Таким чином, тіло не сприймає биостекло як щось чужорідне, і він зростається з кістками і м'якими тканинами, стимулюючи утворення кісткового матеріалу".

Томпсону вдалося досягти необхідного результату досить швидко. Майже відразу до його пацієнту повернулися нормальний зір і здатність розпізнавати кольори. І через 15 років його очей в повному порядку.

Томпсон тим часом продовжив працювати з биостеклом як імплантату і надав ефективну допомогу більш ніж 100 пацієнтам, постраждалим на автомобільних і мотоциклетних аваріях.

"Насправді биостекло працює навіть краще, ніж власний кістковий матеріал пацієнта, - каже він. - Як ми виявили, це з-за того, що воно, по мірі того як розчиняється, поступово виділяє іони натрію, знищуючи бактерії. Таким чином - абсолютно випадково - виявилося, що биостекло має помірний ефект антибіотика".

Гряде революція?

Биостекло в 1969 році винайшов американський вчений Ларрі Хенч. Одного разу в автобусі він розговорився з полковником, нещодавно повернулися з в'єтнамської війни. Полковник сказав Хенчу, що хоча сучасні медичні технології допомагають рятувати життя на полі бою, вони не можуть врятувати кінцівки поранених.

Той розмову справив таке сильне враження на вченого, що він вирішив кинути роботу в області міжконтинентальних балістичних ракет і спробувати створити біоматеріали, які б не відділялися людським організмом.

Свої дослідження Хенч продовжив у Лондоні, тому саме в Британії були вперше застосовані деякі з найбільш революційних інновацій з новим матеріалом - биостеклом - в самих різних областях, від ортопедичної хірургії до стоматології.

Протягом останніх 10 років хірурги застосовували биостекло у вигляді порошку (який виглядає як шпаклівка) для усунення дефектів кісток у випадках невеликих тріщин.

Починаючи з 2010 року ця сама "шпаклівка" з біоскла стала головним компонентом у зубній пасті Sensodyne Repair and Protect, що стало самим глобальним випадком застосування біоактивного матеріалу взагалі.

Коли людина чистить зуби цією пастою, биостекло розчиняється і виділяє іони фосфату кальцію, які зв'язуються з мінералами зубної тканини. Поступово, мало-помалу вони починають стимулювати відновлення зубної тканини.

Однак, як вважають багато вчених, нинішнє застосування біоскла - це лише верхівка айсберга. В даний час розробляються нові продукти для клінічного застосування, які в підсумку повинні зробити революцію в кістково-суглобової хірургії.

Коли ми розмовляли з Джуліаном Джонсом в його кабінеті в Імперському коледжі, він показав мені маленький кубик, зроблений з "пружинисті біоскла".

З допомогою невеликих змін у хімічній формулі цього биостеклу надали здатність пружинити. Воно не крихке, а дуже гнучке.

Імплантат з такого матеріалу можна вставити в ногу в місці серйозного перелому, і він буде витримувати вагу пацієнта, дозволяючи тому ходити без милиць і без необхідності в додаткових металевих пластинах чи інших імплантатах.

У той же самий час "пружинисте биостекло" стимулюватиме відновлення кісткової тканини, поступово, природним чином проникаючи в тіло пацієнта.

"Коли стоїть завдання регенерації значних ділянок кістки, наприклад, у випадку серйозного перелому, дуже важливо, щоб ваша нога відчувала навантаження від ваги", - підкреслює Джонс.

"Важливо і те, щоб біоімплантат у вашій нозі міг передавати свого роду сигнал кістковим клітинам про вагу вашого тіла. Наш організм створює кістковий матеріал, виходячи з власних потреб - клітини розуміють механічні особливості тіла".

"Таким чином, щоб відновити значний ділянку кістки, клітинам треба посилати правильні сигнали. Причина того, що астронавти в космосі втрачають кісткову масу, полягає в тому, що без гравітації клітини їх організму не отримують інформації, яка надходить, коли людина перебуває на Землі".

Подальші зміни в хімічному складі біоскла ведуть до отримання нових його форм - більш м'яких, на дотик схожі на гуму. Таке биостекло, як сподіваються вчені, допоможе в самому складному розділі ортопедичної хірургії - відновлення хрящової тканини.

Зараз хірурги намагаються відновлювати пошкоджену тканину хряща в стегнах хворих на артрит або в пошкоджених колінних суглобах з допомогою непростої процедури, званої "мікрофрактурування". Цей хірургічний метод стимулювання зростання тканини дає лише тимчасовий результат, що підтверджують багато спортсменів.

Джонс пропонує своє вирішення проблеми - таку форму біоскла, імплантат з якої можна буде роздрукувати на 3D-принтері і потім помістити в будь-який отвір в хрящі.

Щоб клітини організму не загарбали імплантат, матеріал повинен володіти усіма природними властивостями хряща. Для перевірки Джонс використовує колінні суглоби мертвих тіл, пожертвувані для його досліджень.

"Мы имитируем механику ходьбы, сгибание - в общем, все то, что делает колено человека, - чтобы убедиться в том, что биостекло ведёт себя как часть хряща, - рассказывает он. - И если это будет работать, то мы продолжим тесты на животных, а затем перейдём к клиническим испытаниям".

Такое биостекло может найти применение и в случаях, когда люди страдают от болей, связанных с грыжей позвоночных дисков.

Сейчас хирурги заменяют повреждённый 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 повреждённого 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 пойдёт хорошо, и мы успешно пройдём все необходимые испытания по безопасности, то через 10 лет этот материал поступит в распоряжение врачей".

Що ж, навіть якщо зараз штучно створені матеріали, які можуть зростатися з тканинами людського тіла, виглядають трохи фантастично, - схоже, це один з найбільш ймовірних елементів медицини майбутнього.

Зрештою, вже зараз мільйони людей чистять зуби пастою з таким матеріалом. І це тільки початок.