Российские кости

Российские
кости
ость состоит из
трех основных компонентов: органи­
ческой основы, волокон коллагена и
минеральных солей, в основном гидроксилапатита. Остальную ее часть занимают органические вещества и
вода.
Чтобы понять, как действуют биоак­
тивные имплантаты, нужно знать ме­
ханизм восстановления самой кости.
Постоянно обновляющуюся костную
ткань пронизывают кровеносные и
лимфатические сосуды и нервы. Клет­
ки кости - остеоциты - обеспечива­
ют обмен веществ. При травме кро­
веносные сосуды разрываются, что
приводит к омертвению костной тка­
ни. В ней появляются полости, запол­
ненные тканевой жидкостью. Кровь,
излившаяся из поврежденных сосудов,
свертывается и образует кровяной
сгусток— гематому, которая закреп­
ляет костные обломки и со временем
преобразуется в костную мозоль вок­
руг перелома или трещины. Потом
часть клеток, хондроциты, образует
хрящики на поверхности костной мо­
золи, и в них размножаются клетки
другого типа - остеобласты. Главная
задача остеобластов - синтез колла­
гена. По мере роста хрящевой мозо­
ли остеобласты преобразуются в ос­
теоциты, которые формируют остеоидные балочки -трабекулы. Разроз­
ненные балочки соединяются между
собой, образуя органическую основу
новой кости. Постепенно хрящевую
мозоль сменяет сеть переплетающих­
ся трабекул, и возникает органичес­
кий предшественник будущей кости.
Восстанавливаются и кровеносные
сосуды, но гораздо медленнее. Что­
бы облегчить и ускорить работу остео­
бластов и хондроцитов в месте по­
вреждения, организм направляет туда
гигантские многоядерные костные
клетки, которые разрушают мертвые
остеоциты и мертвую кость.
Одновременно с формированием
трабекул идет кальцинация белковой
молекулы за счет кристаллизации на
ней костного минерала гидроксилапатита. Считают, что происходит это так.
От клеточной мембраны остеобластов
и хондроцитов отделяются пузырьки
размером от 30 нанометров до 1 мик­
рометра, которые накапливают каль­
Б.И.Белецкий
ций. Пузырьки содержат фермент фосфатазу, который гидролизует эфир
фосфорной кислоты:
R-фосфат® РО/- + ОН".
Ионы кальция, необходимые для
минерализации, организм берет из
пузырьков и из плазмы крови. Когда
концентрация кальция и фосфора
становится достаточной, в пузырьках
начинает откладываться аморфный
осадок фосфата кальция:
кровь® ЗСа2+ + 2РО/- ® Са3(Р04)2.
Отложение аморфного Са 3 (Р0 4 ) 2
предшествует образованию основно­
го костного минерала —кристалличес­
кого гидроксилапатита:
Са2+ + ЗСа3(Р04)2 + 2 0 H " ®
® Са10(РО4)6(ОН)2.
Так хрящевая мозоль постепенно
заменяется минерализованной кост­
ной мозолью, и спустя примерно год
кость восстанавливает свою биологи­
ческую целостность.
В лаборатории биотехнологии ка­
федры стекла и ситаллов Российско­
го химико-технологического универси­
тета им. Д.И.Менделеева ученые по­
ставили перед собой задачу - сделать
искусственную кость, которая созда­
ет благоприятные условия для остеогенеза - образования и развития в
ней костных клеток и структур. Сотруд­
ники лаборатории разработали новый
биокомпозиционный материал «БАК»,
который по своей структуре и мине­
ральному составу — искусственный
аналог кости. Этот имплантат, при­
крепленный к кости, не только восста­
навливает ее целостность, но и ста­
новится каркасом вновь формируемой
кости, поскольку служит источником
ионов кальция и фосфора, необходи­
мых для образования новой костной
структуры. В процессе остеогенеза
имплантат заполняется живыми кост­
ными клетками и полностью сращива­
ется с костью.
«БАК» приготовили, спекая порош­
ковую смесь апатита с нейтральным
алюмоборосиликатным стеклом. В ре­
зультате получился жесткий минераль­
ный каркас из гидроксилапатита, ко­
торый тонким слоем обволакивает
вспененная стекловидная матрица.
Минеральный состав, свойства и поровая структура спеченного материа­
ла отличаются чрезвычайным сход­
ством с губчатой костью. Для того что­
бы увеличить пористость материала,
в него ввели газообразующее веще­
ство. Такая структура материала (раз­
мер пор до 500 микрометров) оказа­
лась весьма благоприятной для вос­
становления кости.
Материал «БАК» относят к резорбируемым, то есть тем, которые посте­
пенно поглощаются в организме. Ког­
да гидроксилапатитовый протез попа­
дает в организм, происходит расса­
сывание гидроксилапатита и гидрата­
ция силикатной стекломатрицы:
( Si-0-Na) n + HCI ® (Si-0-H) n + Na+ + Ch
В экспериментах на кроликах ученые
определили, каким образом происхо­
дит «врастание» кости в имплантат.
Оказалось, что открытые ячейки и ка­
налы в материале целиком заполняют
сначала молодые, а затем зрелые ко­
стные клетки. Как и при обычной ре­
генерации, клетки-остеобласты обра­
зуют волокна коллагена, которые
осаждаются на гидратированной по­
верхности стекловидной матрицы.
Коллаген и кремнеземистый поверх­
ностный слой матрицы полимеризуются. Гидроксилапатит, входящий в со­
став материала, переходит в физио­
логическую среду организма, а потом
кристаллизуется на волокнах коллаге­
на и между ними.
После многочисленных испытаний
материала химики сделали импланта­
ты для замены лицевых костей и кос­
тей черепа, а также искусственные
позвонки для нужд нейрохирургии.
Химический состав и структура искус­
ственных позвонков отражают состав
и неоднородность натуральной кост­
ной ткани: по краям материал более
плотный, в центре - губчатый.
Искусственную кость уже испытали
в отделениях челюстно-лицевой хирур­
гии и нейрохирургии МОНИКИ им.
М.Ф.Владимирского под руководством
профессора А.А.Никитина. Было сде­
лано свыше 200 операций по замене
костей челюсти и лицевого черепа и
свыше 30 операций по замещению тел
позвонков. По мнению А.А.Никитина,
новые биоактивные материалы уни­
кальны: они не дают развиваться вос­
палению, ускоряют заживление ран и
способствуют быстрому восстановле­
нию кости.
13