Восстановление анатомической целостности костной ткани в организме человека происходит сложно и медленно. Непросто в это время бригадам медиков и самому пострадавшему. Требуется тщательное соединение костных отломков, а также их надежная фиксация в течение большого промежутка времени.
Группа ученых их нескольких стран разработала методику использования прочного и очень легкого материала – гибридных аэрогелей. Они станут стимуляторами роста новых костных клеток.
Срастание костей после перелома будет происходить значительно быстрее
Подробнее об аэрогелях
Целый класс материалов называют аэрогелями. В них твердое вещество сочетается с газообразным. Они чем-то напоминают медленно высыхающее желе, в котором газообразная форма вещества полностью заменяет жидкость. При этом влага удаляется так медленно и тщательно, что гель не становится твердым комком, а сохраняется свою форму. Когда твердое тело и газ соединяются, аэрогель превращается в очень легкий и пористый материал. Большое количество пор и легкость позволяют сделать из него каркас, в котором, постепенно вытесняя гель, будет расти новая костная ткань.
Традиционные методы лечения переломов предусматривают иммобилизацию сломанных костей. При этом используются шины, гипсовые или полимерные лангеты. В сложных случаях сопоставленные отломки закрепляют с помощью металлических пластин и штифтов.
По мнению ученых, после небольшого «поощрения» костная ткань начитает активно восстанавливаться. Для этого ей потребуется определенное время и правильно заданное направление. Преждевременная остановка роста клеток сделает кости хрупкими. Слишком длительное лечение приведет к образованию нароста (костной мозоли) в области перелома. Кроме того, пока пострадавший носит гипс, окружающие мышцы не работают. Это приводит к тому, что они атрофируются.
Каркас с использованием гибридных аэрогелей делает процесс регенерации сбалансированным. Основа устанавливается в месте перелома и задает направление, в котором растут клетки. Не слишком жесткий, но прочный каркас должен выполнять поставленную задачу столько, сколько необходимо для образования новой ткани. К тому же в нем должно быть достаточно пор. Аэрогель соответствует всем требованиям.
Как аэрогель помогает при переломах
Каркасы бывают керамическими, металлическими, целлюлозными и другими в зависимости от используемых материалов.
Преимущества гибридных аэрогелей:
- В состав геля входят белки и кремний в равных пропорциях. Со временем организм разрушит белки. Кремний постепенно «растает». Он превратится в ортокрмниевую кислоту, благодаря которой раны заживают быстрее.
- Разные кости отличаются плотностью и пористостью. С учетом этого можно создавать аэрогель с заданными размерами пор для конкретного случая.
В создании прочного белка с легким пористым аэрогелем участвовали 3 научные лаборатории из Ирана, Австрии и Германии. Предметом исследования стал фиброин шелка – белок из коконов шелкопряда. Ученым в ходе исследования пришлось столкнуться с трудностями. По сообщению издания Inverce, первый образец слишком отталкивал жидкость. Его гидрофобность была вредна для материала. Второй образец отличался жесткостью и сухостью. Третий не поддавался разрушению, надолго застревая в организме. В конечном итоге ученые получила нужное вещество.
Второй этап исследований был посвящен проверке безвредности гелей для человека. Аэрогель добавляли в емкость с костными клетками, которые начинали легко расти. При этом они поглощали минералы и белок, которые нужны им для роста. Развитие клеток происходило нормально.
Прямое нагревание не разрушает аэрогель
На третьем этапе эксперимента подопытными стали мыши. Ученым пришлось (во имя науки) поломать им лапки. Грызунов разделили на две группы: одних лечили по стандартной методике, а второй группе имплантировали гель. Через 25 дней исследователи сравнили результаты. У мышей с имплантами заживление происходило быстрее и лучше по сравнению с грызунами из первой группы (без имплантов). Аэрогель активизировал рост новых клеток, и заживление переломов происходило раньше, чем при стандартном лечении.
Еще одно преимущество было у зверушек из второй группы. Их конечности не были жестко зафиксированы, а это позволяло им пользоваться лапками как обычно. У отдельных мышек заживление произошло за несколько дней.
Международной группе ученых предстоит провести клинические исследования с участием человека, чтобы подтвердить сокращение процесса восстановления. Если тестирование пройдет успешно, человечество получит вещество, с которым период восстановления целостности костей сократиться до нескольких дней. Сейчас на заживление переломов уходит несколько недель.