Naujas perversmas medicinoje su biostiklo implantais: jokios atmetimo reakcijos, savaiminis antibiotinis poveikis, o charakteristikos geresnės už natūralius kaulus

Tai nutiko 2002 metais. Ianui Thompsonui, Londono karališkojo koledžo veido kaulų rekonstrukcijos specialistui, paskambino viltį praradęs pacientas.

Prieš keletą metų vyriškas patyrė nelaimingą atsitikimą, kai kažkieno nesuvaldytas automobilis užvažiavo ant šaligatvio, ir jį partrenkė. Jis perlėkė per kapotą ir smarkiai susitrenkė veidą. Dėl smūgio lūžo vienas smulkus akiduobės dugno kaulas, laikantis žmogaus akies obuolį akiduobėje.

„Be šio plonyčio – ne daugiau, nei 1 mm storio – kaulelio akis slenka gilyn į kaukolę, lyg norėtų ten pasislėpti, – aiškina Thompsonas. – Dėl to prastėja rega – prarandamas vaizdo fokusavimas ir gebėjimas teisingai atpažinti spalvas“.

Pacientas, kuriam buvo apie 30 metų, dirbo aviacijoje, tarp jo pareigų buvo ir lėktuvų elektros instaliacijos keitimas, ir po traumos jis nebegalėjo suprasti, kuris laidas mėlynas, o kuris – raudonas.

Trejus metus chirurgai stengėsi atstatyti normalią akies obuolio padėtį – iš pradžių jie vietoje sulaužyto kauliuko naudojo dirbtinius implantus, paskui sukonstravo pamainą iš paties paciento šonkaulio.

Tačiau abu bandymai nepavyko – kaskart, praėjus keliems mėnesiams organizme išsivystydavo infekcija, dėl ko kildavo stirus skausmas. Gydytojai nebežinojo, ko griebtis.

Išnagrinėjęs situaciją, Thompsonas pasiūlė sukurti pirmąjį pasaulyje implantą iš stiklo, kuris laikytų paciento akį akiduobėje normalioje padėtyje.

Iš pirmo žvilgsnio, tokiam tikslui naudoti stiklą, trapią ir lūžią medžiagą, atrodo nelogiška. Tačiau tai buvo neįprastas stiklas.

„Įdėjus į žmogaus kūną įprasto langų stiklo gabalėlį, jis greitai apaugtų randiniu audiniu ir po to būtų išstumtas“, – pažymi Julian Jones, bioaktyvaus stiklo ekspertė iš Imperiškojo Londono koledžo.

„O kūne atsidūręs biostiklas ima tirpti, išskirdamas jonus, kurie „kalbasi“ su imunine sistema ir sako ląstelėms, ką daryti. Taip kūnas į biostiklą nereaguoja kaip į svetimkūnį, ir jis suauga su kaulais ir minkštaisiais audiniais, stimuliuodamas kaulų medžiagos susidarymą“.

Iš tiesų biostiklas veikia netgi geriau, nei paties paciento kaulai

Ian Thompson, kaulų rekonstrukcijos specialistas

Thompsonui norimą rezultatą pasiekė gan greitai. Jo pacientui beveik iš karto grįžo normalus regėjimas ir gebėjimas skirti spalvas. Ir praėjus 15 metų jo akis liko visiškai sveika.

Tuo tarpu Thompsonas toliau taikė biostiklo implantus ir efektyviai padėjo daugiau nei 100 pacientų, nukentėjusių automobilių ir motociklų avarijose

„Iš tiesų biostiklas veikia netgi geriau, nei paties paciento kaulai, – sako jis. – Kaip išsiaiškinome, taip yra dėl to, kad jam tirpstant, pamažu išsiskiria bakterijas naikinantys natrio jonai. Tokiu būdu – visiškai atsitiktinai – paaiškėjo, kad stiklas turi antibiotinį poveikį“.

Artėja revoliucija?

Biostiklą 1969 metais išrado amerikietis mokslininkas Larry'is Henchas. Kartą autobuse jis šnekėjosi su pulkininku, neseniai grįžusiu iš Vietnamo karo. Pulkininkas pasakė Henchui, kad, nors šiuolaikinės medicinos technologijos padeda išgelbėti gyvybes karo lauke, tačiau nepadeda išgelbėti sužeistųjų galūnių.

Šis pokalbis taip stipriai paveikė mokslininką, kad šis nutarė mesti darbą tarpkontinentinių balistinių raketų srityje ir pabandyti sukurti bioninę medžiagą, kurios žmogaus kūnas neatmestų.

Henchas savo tyrimus pratęsė Londone, todėl kai kurios revoliucingiausios inovacijos su nauja medžiaga – biostiklu – įvairiose srityse, nuo ortopedinės chirurgijos iki stomatologijos pirmą kartą buvo panaudotos būtent Britanijoje.

Pastarąjį dešimtmetį chirurgai naudojo į miltelius sutrintą biostiklą (kurie atrodo kaip glaistas) kaulų defektų pašalinimui, esant nedideliems įskilimams.

Nuo 2010 metų tas pats biostiklo „glaistas“ tapo pagrindine dantų pastos Sensodyne Repair and Protect sudedamąja dalimi, ir tai tapo didžiausiu bioaktyvios medžiagos panaudojimo atveju pasaulyje.

Žmogui tokia pasta valantis dantis, biostiklas tirpsta ir išskiria kalcio fosfato jonus, kurie susijungia su dantų audinio mineralais. Pamažu jie pradeda stimuliuoti dantų audinio atsistatymą.

Tačiau, kaip mano dauguma mokslininkų, dabartinis biostiklo panaudojimas – tik pati ledkalnio viršūnė. Dabar kuriami produktai klinikiniam naudojimui, kurie turėtų įvykdyti kaulų ir sąnarių chirurgijos revoliuciją.

Kai kalbėjomės su Julianu Jonesu jo kabinete ICL, jis parodė man nedidelį kubą, pagamintą iš „spyruokliuojančio biostiklo“.

Šiek tiek pakeitus cheminę formulę, biostiklas įgavo galimybę spyruokliuoti. Jis ne trapus, o labai lankstus.

Tokios medžiagos implantą galima įstatyti į koją sunkaus lūžio vietoje, ir jos išlaiko paciento svorį – pacientas gali vaikščioti be ramentų, papildomų metalinių plokštelių ar kitokių implantų.

Tuo pat metu „spyruokliuojantis biostiklas“ pamažu, natūraliai skverbdamasis į paciento kūną, stimuliuoja kaulų atsistatymą.

„Kai reikia atkurti didelę kaulo dalį, pavyzdžiui, sunkių lūžių atvejais, itin svarbu, kad koja jaustų kūno svorio apkrovą“, – pabrėžia Jonesas.

„Svarbu ir tai, kad bioimplantas jūsų kojoje kaulų ląstelėms galėtų perduoti savotiškus signalus apie jūsų kūno svorį. Mūsų organizmas kuria kaulų medžiagą, remdamasis savo poreikiais – ląstelės supranta kūno mechanines ypatybes“.

„Todėl atkuriant dideles kaulo dalis, ląstelėms būtina siųsti teisingus signalus. Kosmose astronautų kaulų masė mažėja, nes be gravitacijos mūsų organizmo ląstelės negauna tos informacijos, kurią gauna, kai žmogus būna Žemėje“.

Keičiant cheminę biostiklo sudėtį, gaunamos naujos jo formos – minkštesnės, liečiant primenančios gumą. Mokslininkai tikisi, kad toks biostiklas padės sudėtingiausioje ortopedinės chirurgijos srityje – kremzlinio audinio atstatyme.

Dabar artrito pažeistas dubens ar kelių sąnarių kremzles chirurgai stengiasi atkurti sudėtinga procedūra – mikrofrakturingu. Šis chirurginis audinio augimo stimuliavimo metodas suteikia tik laikiną rezultatą, ką patvirtina dauguma sportininkų.

Jonesas siūlo savo sprendimą – tokią biostiklo formą, iš kurios 3D spausdintuvu būtų galima atspausdinti implantą ir jį įterpti į skylę kremzlėje.

Kad organizmo ląstelės neatmestų implanto, medžiaga turi pasižymėti visomis natūraliomis kremzlės savybėmis. Bandymams Jonesas naudoja jo tyrimams paaukotų kūnų kelių sąnarius.

„Mes imituojame vaikščiojimo mechaniką, lenkimą – visa tai, ką daro žmogaus kelis, – kad įsitikintume, jog biostiklas veikia kaip kremzlės dalis, – pasakoja jis. – Ir jeigu tai veiks, tęsime bandymus su gyvūnais, o paskui pereisime prie klinikinių bandymų“.

Toks biostiklas galėtų būti naudojamas ir skausmingų stuburo disko išvaržų gydymui.

Dabar chirurgai pažeistus diskus keičia kauliniais transplantais, kurie suauga su stuburu. Skausmą tai pagydo, tačiau ženkliai apriboja judėjimą.

Biostiklo impantus būtų galima paprasčiausiai atspausdinti 3D spausdintuvu ir įstatyti vietoje pažeisto disko. „Lig šiol niekam nepavyko atkurti mechaninių žmogaus kremzlių savybių sintetinėmis medžiagomis, – pažymi Jonesas. – Bet biostiklas, manome, tai atlikti galėtų“.

„Mums tiesiog reikia įrodyti, kad tai įmanoma. Jei viskas klosis gerai, ir sėkmingai atliksime visus būtinus saugumo bandymus, tai po 10 metų šia medžiaga galės naudotis gydytojai“.

Ką gi, net jei galinčios suaugti su žmogaus kūno audiniais sintetinės medžiagos dabar skamba kiek fantastiškai, panašu, tai – vienas iš labiausiai tikėtinų ateities medicinos elementų.

Galų gale, juk dabar milijonai žmonių valosi dantis tokiomis medžiagomis, Ir tai tik pradžia

David Cox
BBC Future