Нанотехнології: Прорив у відновленні кісткової тканини

Переломи кісток стали вельми звичайним явищем серед літніх і старих людей, оскільки з віком кістки стають крихкішими. Активні люди і в молодшому віці мають достатньо великий ризик переломів, пов'язаний із спортивними навантаженнями.

Професор Томас Вебстер (Thomas Webster), директор лабораторії наномедицини, і його колеги з Університету Брауна (Brown University ), Провіденс, США у високопрестижному журналі Journal of Material Chemistry розглядають якісні зміни в сучасних кісткових імплантах, нанотехнології, що відбулися завдяки прогресу.

Якщо перелом невеликий, він може бути заповнений кістковим цементом, як який часто використовують поліметілметакрілат. Проте, якщо пошкодження великі, використовують міцніші елементи - металічні імпланти на основі титану і титанових сплавів. Цілей тут зазвичай дві - не тільки зміцнити місце перелому матеріалом, здатним підтримати вагу тіла, але і дати можливість зростання нової кісткової тканини для повного відновлення функцій кістки.

У минулому, кісткові імпланти виготовляли з інертних матеріалів, підібраних тому, що вони несильно змінювали функції організму і не генерували дуже масивних колоїдних шрамів (товсті шари тканини, що формуються навколо імпланта). Проте, ця принципово досить проста конструкція мала і свої істотні недоліки - після 10-15 років з'єднання кістки з імплантом втрачає щільність, і таке розхитане з'єднання, погіршуючись з часом, приносить пацієнтові сильний біль. Як результат, пацієнтові доводиться вирішуватися на додаткові операції для корекції з'єднання шляхом заміни імпланта. Така, коректувальна операція, абсолютно небажана, оскільки надзвичайно болюча, дорога і знов вимагає постійної і інтенсивної терапії пацієнта.

Тому, абсолютно не дивно, що дослідники і клініцисти проводять безперервні роботи, направлені на створення імплантів, які могли б успішно інтегруватися з навколишньою кістковою тканиною, причому, на весь час життя пацієнта. Учені, використовуючи досвід і розуміння структури кістки і послідовність процесу формування кісткової тканини, розробили різні методи перетворення цих, інертних, імплантів в імпланти, які можуть сприяти зростанню кістки. Один з перших підходів до виготовлення "активних" імплантів використовує поверхневу хімію для стимулювання взаємодії імплантів з остеобластямі.

Остеобласти - молоді остеутворюючі клітки кісток, які синтезують міжклітинну речовину - матрикс. У міру накопичення міжклітинної речовини остеобласти замуруються в нім і стають остеоцитамі. Допоміжною функцією остеобластов є участь в процесі відкладення солей кальцію в міжклітинній речовині (кальцифікації матриксу). Такі методи привели до створення ряду нових матеріалів для імплантів, таких, як, біоактивне скло (біокераміка), які демонструють успішне формування кістки. Ученим часто доводиться удаватися до випробувань нових кандидатів, оскільки необхідним є матеріал, який не тільки інтенсифікує зростання кісткової тканини, але і володіє високими механічними властивостями для використання в безцементних содіненіях, наприклад, як протез шийки стегна. Матеріали з подібним поєднанням властивостей не завжди легко підібрати, навіть серед композитів.

Значні можливості останнім часом пов'язують з прогресом в дослідженнях біоматеріалів, особливо тих, де привернуті методи нанотехнології. Проте, розробка ідеальних біоматеріалів, які можуть мати ресурс на весь час життя пацієнта, все ще залишається проблемою.

Завдяки нанотехнології зроблений серйозний крок в удосконаленні ортопедичних імплантов. Ортопедична нанотехнологія заснована на розумінні процесів, що відбуваються при взаємодії між кліткою і матеріалом імпланта. Живі клітини безпосередньо не взаємодіють з імплантом, їх контакти здійснюються через шар протеїнів, які практично миттєво абсорбуються імплантом після його введення. Останнім часом учені істотно удосконалили численні матеріали, вживані для виготовлення ортопедичних імплантів, включаючи титан і титанові сплави, пористі полімери, кістковий цемент і природний гідроксиапатіт, шляхом модернізації їх поверхневих властивостей. Властивості основної частини матеріалу не міняються, зберігаючи вельми бажані механічні властивості. Модернізація матеріалу стосується тільки поверхні, якій, для поліпшення взаємодії з протеїнами, додаються певні нанорозмірні властивості. Це приводить до того, що клітки, що формують кісткову тканину, пристають до імпланту, забезпечуючи і щільніше з'єднання і активніше зростання кістки.

Учені намагаються створити "розумніші" імпланти, які можуть "відчувати" якого роду тканина наростає на них і передавати цю інформацію на мобільні пристрої, а також по команді випускати медикаменти для регулювання швидкості росту тканини. Такі імпланти були розроблені у зв'язку з необхідністю уникнути ускладнень, що часто виникають при імплантації кістки. Такі ускладнення можуть бути пов'язані з інфекціями, запальними процесами (або зростанням шраму), ослабленням контакту в з'єднанні з імплантом, а у разі раки кістки, рецидивом хвороби. Наука займається дослідженням матеріалів, які мають особливі властивості захисту організму від інфекції (наприклад, срібло, цинк) або придушення зростання ракових кліток (селен).

Джерело: Nanonewsnet
Переклад: Роман ТУРЯНСЬКИЙ
Обговорити на форумі

 друкувати