Как отремонтировать тело: ТОП-5 неординарных технологий

Лицо из полимера

Ученые из Техасского университета создали меняющий форму материал, с помощью которого можно полностью восстановить лицо после травм или устранить врожденные дефекты. Причем его можно имплантировать прямо в костную ткань - пластичный полимер сам принимает нужную форму, и расширяется до необходимых размеров под воздействием теплой соленой воды, соответствующей по составу внутренней среде организма человека. Помимо физического исправления дефектов, материал может послужить каркасом для роста новой костной ткани.

В настоящее время наиболее распространенным методом, использующимся для заполнения трещин в черепно-челюстно-лицевой области, является аутотрансплантация: пересадка костной ткани пациента со здоровой зоны на поврежденный участок. Перед пересадкой необходимо придать трансплантату форму дефектной области, что сделать непросто, ведь аутотрансплантат - жесткий материал. К тому же, то место, откуда пересаживается костная ткань, становится подверженным различного рода травмам. Новый материал позволяет избежать таких проблем.

При нагревании до 65 градусов полимер становится гибким и податливым. Во время операции хирурги смогут нагревать имплантат до этой температуры и вставлять в поврежденную ткань. При последующем охлаждении до температуры тела человека полимер снова затвердевает, не теряя своей прочности. Особое покрытие из клейкого вещества полидофамина позволяет буквально прилепить имплантат к кости, а также спровоцировать синтез естественной ткани. Когда костная ткань организма вновь прорастет по каналам имплантата, его не нужно удалять, поскольку он выполнен из полностью биоразлагаемых компонентов.

Глаз из стволовых клеток

Специалисты Центра биологии развития японского института физико-химических исследований (RIKEN) провели эксперимент, в ходе которого из стволовых клеток был получен глазной бокал - чашеобразное углубление переднего мозгового пузыря эмбриона, из которого развивается впоследствии сетчатка глаза. Эмбриональные стволовые клетки человека спонтанно и самопроизвольно образовали шаровидную форму, в которой на двадцать шестой день насчитывалось около 9 тысяч клеток. К сороковому дню эта структура сложилась вовнутрь, образуя глазной бокал размером около 550 микрометров.

Эксперимент подтвердил тот факт, что развитие глазного бокала запускается самими стволовыми клетками, способными к самоорганизации - а не вследствие воздействия внешних факторов. На 126-й день эксперимента глазной бокал с внешней стороны уже был покрыт эпителием сетчатки, а с внутренней - дифференцированными слоями клеток сетчатки с  фоторецепторами, биполярными клетками сетчатки и пр. 

С помощью новой технологии можно будет выращивать искусственный человеческий глаз и заменять поврежденные органы зрения человека. Параллельно с экспериментами по выращиванию сетчатки, японские ученые исследуют возможность криоконсервации полученных тканей. Это поможет сохранить ткани для будущей пересадки пациентам с дефектами зрения.

Кости из шелка

Самуэль Лин из Гарвардской медицинской школы и Дэвид Каплан из университета Тафтса в Медфорде выяснили, что шелк гораздо прочнее, чем принято считать. Из этого материала они создали медицинские винты, которые почти по всем показателям лучше металлических и полимерных аналогов.

Самый распространенный вид шурупов для лечения костных переломов и трещин - металлические, но они постепенно изнашиваются, и пациентам приходится переносить операции по удалению чужеродных структур из организма. Самуэль Лин и Дэвид Каплан решили заменить металл шелком. Для этого они растворили самый обычный шелк в спирте, залили раствор в специальные формы под винты нужного размера и запекли их при высоких температурах. Выяснилось, что шелк достаточно жесткий, чтобы пробурить отверстие в кости, подобно тому, как это делают металлические шурупы. Главное преимущество нынешнего изобретения - отсутствие необходимости повторной операции для удаления винтов: шелк самостоятельно разлагается в организме и выводится естественным путем, не вызывая воспаления или отторжения иммунной системой.

Пластик для сердца
Ученые из Северо-Западного университета в Иллинойсе обнаружили, что инъекции пластика уменьшают повреждения сердца после приступа. Когда случается инфаркт, к тканям, испытавшим нехватку кислорода, устремляются воспалительные клетки-моноциты. Они зачищают мертвый клеточный мусор, но при этом повреждают здоровые мышечные клетки сердца: орган набухает, и снижается его способность перекачивать кровь. В итоге это приводит к потенциально опасным для жизни ситуациям и многим тяжелым заболеваниям.

Специалисты нашли способ выключить воспалительные моноциты. Для этого они использовали инъекции частиц диаметром в 500 нанометров, изготовленные из биоразлагаемого полимера PLGA. Опыты на мышах показали, что при внедрении материала в моноциты, клетки покидают воспаленные участки тканей и отправляются в селезенку, где и уничтожаются. Другие иммунные клетки при этом остаются невредимыми.

Быстрое устранение воспаления после сердечного приступа - важнейшая часть лечения. В первые два дня после приступа моноциты атакуют лишенную кислорода сердечную мышцу, повреждая ее еще больше. Сердца мышей, которым вводили микрочастицы через 12 часов после инфаркта, продемонстрировали вполовину меньше повреждений, чем сердца не получивших терапию грызунов.

Подобный метод также будет использоваться при лечении рассеянного склероза, перитонита, колита, воспалительных заболеваний кишечника, а также сможет улучшить функционирование органов после трансплантации.

Наночастицы для иммунной системы

Джим Хедрика из IBM Research создал самовосстанавливающуюся субстанцию, имитирующую иммунную систему, которую он назвал частицами-ниндзя. Материал, который найдет широкое применение в наномедицине, поможет решить сразу две глобальные проблемы: растущую устойчивость людей к антибиотикам и отторжение медицинских имплантатов человеческим организмом.

С помощью технологий IBM в сфере разработки полупроводников, Хедрик и его команда создали синтетические полимеры, которые имитируют иммунную систему. Используя простой заряд, они выслеживают и цепляются за конкретные микробы по всему телу, после чего их взрывают.

Ученые утверждают, что частицы-ниндзя действуют целенаправлено, и не попадают в части тела, для которых не предназначены. Также они обладают низкой токсичностью, а самое главное - не порождают новую волну бактерий, обладающих устойчивостью к антибиотикам.