цікаво

Podcast: Play in new window
| Download

Більшість засобів сучасної медицини це високотехнологічні дива. Та коли йдеться про зламані кістки, ми й досі користуємося незграбними застарілими способами, що передбачають використання гвинтів, цвяхів та штирів. Навіть найпростіша операція може призвести до зараження або неповного виліковування, якщо ці прилади не там де вони мають бути. За особливих обставин, наприклад на полі бою, де хірурги не можуть скористуватися рентгеном і не мають відповідної операційної , без всіх цих речей не обійтись. Наприклад, тисячам солдат, що воювали в Афганістані або в Іраку, ампутували кінцівки через поранення, які можна вилікувати в будь-які лікарні.

І саме вони спонукали Агентство передових оборонних дослідницьких проектів США (DARPA) залучити групу вчених Техаського університету (Хюстон) два роки тому. DARPA хотіло щось таке, що лікарі могли б носити в сумці і використовувати для лікування кінцівок на місці ще до того як ампутація стане невідкладною. Керівники дослідження Мауро Ферарі та Еніо Таскіотті (який з того часу переїхав у теж місто працювати в Інституті методичних лікарняних досліджень) та їх команда виступили з ідеєю, що назавжди може змінити ортопедичну хірургію: матеріал, який можна вживляти або навіть вводити ін’єкціями; який швидко фіксує зламану кістку; і який забезпечує її повне відновлення без потреби цвяхів і штирів.

Матеріал – продукт співпраці біологів, наноінженерів та математиків, в його основі хімічна речовина, що називається поліпропілен фумарат. Він активізується при температурі 37°С, температурі людського тіла. Коли його чіпляють до зламаної кістки він твердне і працює як клей, тримаючи разом два кінці кістки. Це важливо, адже всі хірурги знають, що якщо залишити щілину більшу 5 мм, кістка ніколи на заживе.

Але звичайний клей для цього не підходить. Новий матеріал має в собі маленькі частинки губчастого силікону. Вони мають подвійну функцію. По-перше, вони роблять матеріал міцнішим (пацієнт зі зламаною ногою зможе ходити вже за тиждень). По-друге, оскільки вони розчиняються в тілі людини, вони вводять в організм клітини, протеїни та ліки, що допомагають тілу створити нову кісткову тканину.

Ці клітини – це мезенхімальні стовбурові клітини, попередники остеобластів, що створюють кісткову тканину. Мезенхімальні стовбурові клітини є імуномодуляторами, і це означає, що їх не відторгне імунна система людини.

Оскільки, неможливо ввести достатньо стовбурових клітин, щоб справа закінчилась сама по собі, силіконові частки містять коктейль молекул, що називаються факторами росту та цитокіни, що спонукають власні стовбурові клітини пацієнта працювати над створенням нової кісткової тканини. Антибіотики (для запобігання інфекції) та обезболююче також входять на набору.

Зростання кісток

Ключ до успіху – у розрахунку часу, каже доктор Таскіотті. Стовбурові клітини мають дістатися перелому, поширитися та перетворитися на остеобласти в певний момент. Якщо вони починають діяти надто рано, не вистачить кісткових клітин для зцілення перелому. Саме тут нам допомогли математики. Використовуючи комп’ютерне моделювання, вони визначили ідеальну товщину силіконових часток та ідеальний розмір їхніх пор, так щоб частки розпадалися та висипали всій вміст в організм у потрібний час. Коли це стається, поліпропілен фумарат починає діяти в тілі, завдяки протеїновим часткам, що називаються пептиди, і які розташовані на його поверхні. Тому він схожий на людську тканину і це запобігає його відторгненню клітинами пацієнта.

Так весь матеріал поступово замінює нова кістка. Важливіше те, каже доктор Тасконті, що така техніка забезпечить стабільність з якою можна буде позбутися всіх зовнішніх приладів фіксації, які часто спричиняють інфекції.

Науковці працювали над проектом майже два роки. Вони вже випробували їхній матеріал на пацюках – чіпляючи його прямо до кістки, з використанням імплантабельної губки. Це спрацювало і повернуло гризунам їхні зламані кінцівки, завдяки відновленню кісткової тканини. Зараз на черзі вівці, і це випробовування неминуче, позаяк їхні кінцівки отримують більше навантаження. Нещодавно команда перетворила наповнювач на пасту (доктор Тасконі каже що це «щось середнє між медом та зубною пастою»), і це дозволить вводити речовину звичайним шприцом. Наступні тести на тваринах з використанням цієї техніки вже проводяться. Якщо вони будуть успішними, наступними будуть тестування на людях.

Робота доктора Ферарі та доктора Таксіотті має і іншу сторону. На полі битви навіть їхнє втручання не допоможе, якщо не перевірити перелом і не вирішити чи потрібна ін’єкція. Член команди Рафаела Ріґетті з Техаського технічного університету A&M розробила для цього портативний надзвуковий сканер, що може дати миттєве тривимірне зображення кістки. Традиційним надзвуковим сканером важко добре роздивитися кістку, але доктор Ріґетті обійшла цю перепону, використавши вищі надзвукові частоти, а тоді звичайні та спеціалізовані програми, які підсилюють зображення таких твердих тканин. Позбувшись гайок та штирів, команда зможе позбутися потреби рентгену також.

Джерело: A newly developed material should make it easier to mend broken bones