60 лет-не возраст №2-2007

Костяная нога для Бабы Яги

Альберт Валентинов

— Вот подбородок, вот спинка носа, здесь скуловые кости, а вот тут позвонки, — показывает мне Борис Белецкий. — Уже более десяти лет мы работаем над созданием искусственных протезов, которые по своей структуре и минеральному составу тождественны природной кости и не отторгаются организмом. За эти годы врачи сделали около тысячи операций с использованием наших имплантантов. А последняя наша разработка предназначена для нужд нейрохирургии — восстановления костей черепа и позвоночника, особенно после огнестрельных ранений. Медики, спасавшие раненых во время двух последних чеченских кампаний, утверждали, что с помощью таких имплантантов можно на треть сократить количество ампутаций.

К сожалению, необходимость замены костей и суставов постоянно растет. Основные «потребители» имплантантов — это пенсионеры, которых преследуют гололед и болезни, и молодежь, любящая риск и вовлеченная в военные конфликты.

Почему именно биокомпозиты выбраны учеными в качестве имплантантов? Как говорится, жизнь заставила.

Ежегодно во всем мире приходится имплантировать миллионы костных протезов. А что предлагает современная медицина? Это всем известные протезы из металлов и их сплавов. Они дешевы и прочны, но тяжелее кости, подвержены коррозии и проводят электричество. Срок службы имплантантов даже из перспективного титана — не более 10 лет.

В отличие от металлов, полимерные кости-заменители удобны и легки. Но полимерные молекулы разрушаются под действием внутренней среды организма, имплантанты из них требуют замены, а в некоторых случаях могут вызвать отравление. Керамические кости, история которых насчитывает уже 40 лет, имеют многие преимущества: прочные, не стираются и не вступают в химические реакции, но они хрупкие и очень легко ломаются. Изделия сложной формы изготовить из них трудно. Поэтому российские ученые и занялись композитными материалами, то есть материалами, состоящими из нескольких компонентов. Их задача — приблизить имплантанты к натуральной кости по основным свойствам, чтобы они хорошо приживались и были долговечными.

Как же готовятся биокомпозиты? Спекая порошковую смесь апатита с нейтральным алюмборосиликатным стеклом, ученые получают жесткий минеральный каркас из гидроксилапатита. Его тонким слоем обволакивает вспененная стекловидная полевошпатная матрица. Поровая структура вещества чрезвычайно похожа на губчатую кость, обладает оно и схожими свойствами. А благодаря тому, что в нем имеется много кальция и фосфора, искусственная кость легко обрастает натуральной костной тканью. Гидроксилапатит вскоре рассасывается, и остается настоящая кость. Именно так получаются «живые» зубы.

У нового композита не случайно появилась приставка «био». Любой искусственный материал — будь то пластмасса, металл или керамика, — помещенный в организм человека, покрывается соединительной тканью. Эта прослойка — слабое место — при долгой службе она может разрушиться. Новый материал не образует такой пленки, потому что организм принимает его за свой, родной, отсюда и долговечность биокомпозита.

— Уже на третьей неделе мы наблюдаем появление первых костных балочек — органических основ новой кости, — рассказывает Борис Белецкий. — Что удивило медиков — у пациентов не было случаев инфицирования! Кроме того, наш материал пористый, поэтому может быть носителем антибиотиков, но мы обходимся без них. Сейчас идем дальше: чтобы преодолеть иммунные реакции отторжения, что чаще наблюдается у женщин, выращиваем слой живых клеток организма на протезе заранее — перед имплантацией. Если такие работы в нашей стране выполнялись раньше только во время пересадок мягких тканей при ожогах, то на костной ткани мы это делаем впервые. И предварительные испытания показали, что клетки «садятся» на наш материал и размножаются. Это делает имплантанты более совершенными. Кстати, мы можем воссоздавать сложную структуру настоящих костей. Ведь кость состоит из прочного кортикального слоя и пористого, губчатого. Поэтому мы изготавливаем так называемые градиентные имплантанты с разными слоями.

Но чтобы получить идеальный протез, мало изготовить хороший материал. Надо еще придать ему точную форму заменяемой кости. Поэтому с химиками-технологами и медиками сотрудничают компьютерщики. С помощью стереолитографии они готовят точные модели для каждого отдельного имплантанта. Так, несколько лет назад ученые работали с женщиной, у которой была сильнейшая врожденная деформация лица — отсутствовала правая сторона нижней челюсти. Тогда-то впервые и применили метод трехмерного компьютерного моделирования: лицо восстановили по фотографиям ее мамы и бабушки и сделали точный имплантант. Впоследствии эта женщина вышла замуж, родила ребенка. Но врачи и ученые имеют дело и с более сложными случаями — переломами шеи, пулевыми ранениями в позвоночник, потерянным зрением из-за повреждения части лица. Результаты впечатляют: некоторых пациентов даже снимают с инвалидности.

— К нам обращаются и больные на последних стадиях онкологических заболеваний. Чтобы противостоять раковым клеткам, мы ввели в структуру гидроксилапатита двух- и трехвалентное железо. Тогда на опухоль можно действовать локально, нагревая состав. Раковые клетки разрушаются от высокой температуры, в то время как остальные остаются неповрежденными. Но эти работы только начались, и мы еще не готовы заявить об их эффективности, — закончил свой рассказ Белецкий.

Так что если сказочная Баба Яга сломает по неосторожности свою костяную ногу, горевать ей не придется — российские ученые сделают бабушке другую конечность, и отнюдь не хуже.

Новости медицины

Как выяснили американские ученые, кровь молодых мышей, переливаемая старым особям, помогает тем быстрее оправиться после травм и ранений. После воздействия травмирующего агента (в экспериментах в этой роли выступал сухой лед) регенерация мышечной ткани и паренхимы печени, «взбодренных» молодой кровью, ускорялась. Если же, наоборот, кровь вливалась от пожилых особей молодым мышам, восстановление происходило значительно медленнее.

По мнению ученых медицинского факультета Стэнфордского университета, это свидетельствует о том, что снижение восстановительного потенциала тканей связано с возрастными изменениями в стволовых клетках. В мышечной ткани стволовые клетки определялись как у молодых, так и у пожилых мышей, но у последних они по неизвестной причине бездействовали. А «молодая кровь» снова вызывала их к жизни.

Ключом к разгадке стало открытие белка, названного «дельта». Продукция этого белка при повреждении мышечной ткани у молодых мышей запускает превращение стволовых клеток в миоциты (клетки мышечной ткани). А у старых особей такого эффекта не наблюдалось до тех пор, пока в их кровеносном русле не оказывалась «молодая кровь».

Авторы исследования подчеркивают, что ни о каком эликсире молодости речи не идет, но зато открываются новые перспективы в лечении травм и ранений у пожилых пациентов, а также многих заболеваний, имеющих сходные механизмы действия.