Марк Медовник - Из чего это сделано? Удивительные материалы, из которых построена современная цивилизация

Замена тазобедренных суставов практикуется хирургами довольно давно. Первую попытку предприняли в 1891 году, взяв за основу слоновую кость. В наши дни чаще применяют титан и керамику. Успех отчасти объясняется простой анатомией бедра: это одинарный шарнир, на котором нога может вращаться как угодно (в том числе очень странным образом; если вы когда-нибудь занимались йогой, то поймете, о чем я). Придумали даже социальный ритуал, чтобы показать всевозможные движения бедрами, – танцы в стиле диско. Умеете крутить бедрами и одеваетесь по моде – тогда вы «крутой».

Тазобедренный сустав формируется еще в утробе матери – на верхнем конце бедренной кости появляется шарообразный нарост, в точности совпадающий с выемкой в тазу (вертлужной впадиной). В дальнейшем тазовая и бедренная кости растут с одинаковой скоростью и в любом возрасте идеально соответствуют друг другу. Поверхность у обеих костей (как, впрочем, и у любой другой) шероховатая, поэтому еще один слой ткани – хрящ – выстилает место стыка. Хрящ мягче кости, но гораздо тверже мышцы. Он образует гладкую прослойку между бедренной и тазовой костями, а также служит амортизатором. Связки, мышцы и сухожилия скрепляют сустав, ограничивают его подвижность, благодаря им округлый конец бедренной кости надежно удерживается в тазовой выемке во время бега, прыжков и, разумеется, джайва. При артрите суставный хрящ разрушается и заново уже не вырастает.

Поэтому, когда приходится менять сустав, головку бедренной кости ампутируют и ставят вместо нее титановый шарик. В тазу просверливают новую выемку по размеру протеза и кладут внутрь высокоплотный полиэтилен – он-то и выполняет роль хряща. Такой протез полностью восстанавливает подвижность ноги и служит десятки лет, пока полиэтилен не потеряет своих свойств – тогда вновь требуется замена. В последних моделях детали так хорошо пригнаны, что полиэтиленовая прокладка не нужна, но пока неясно, выигрывают ли они в долговечности, – не исключено, что прямой контакт металла с металлом или, в более современных протезах, керамики с керамикой ускорит износ. Как бы то ни было, операции по замене тазобедренных суставов сегодня в порядке вещей и уже вернули миллионам пожилых людей радость движения.

С заменой коленного сустава дело обстоит примерно так же – правда, коленный сустав сложнее устроен: это не одинарный шарнир, он отвечает не только за сгибание и разгибание, но и за скручивание. Как-нибудь в уличном кафе, глядя от нечего делать по сторонам, присмотритесь к прохожим. Они ходят «от колена», то есть выдвигают колено вперед, заносят его над местом, куда собираются шагнуть, затем опускают стопу, приноравливаясь к спускам и подъемам, то есть поворачивая ее под тем или иным углом, что требует сложной регулировки и перегруппировки коленного сустава. Бег – это еще более суровое испытание для наших коленей: ко всему прочему они сотрясаются от постоянных ударов стопы о землю. Попробуйте идти, не сгибая ноги в коленях, – вы сразу оцените важность этих суставов. Мне совсем не улыбается перспектива полной замены коленного и тазобедренного суставов в ближайшие десять-двадцать лет. Впрочем, если это единственный способ оставаться на ногах, я, конечно же, соглашусь на операцию. Однако десять лет – это большой срок для медицины и материаловедения. Ученые ищут способы восстановления поврежденной хрящевой ткани внутри суставов, и, возможно, их открытия спасут меня от скальпеля.

Хрящ – сложная живая материя. Подобно гелю, он обладает внутренним каркасом из волокон, по большей части коллагеновых. (Коллаген – молекулярный родственник желатина и основной белок в человеческом теле, он отвечает за упругость и прочность кожи и других тканей. Именно поэтому его часто указывают на этикетках кремов от морщин.) Однако, в отличие от гелевого, хрящевой каркас заключает в себе живые клетки – они формируют хрящ и поддерживают его в нормальном состоянии. Эти клетки называются хондробластами. Сейчас уже научились выращивать хондробласты из собственных стволовых клеток пациента. Однако простое введение этих клеток в сустав не приводит к восстановлению хряща, отчасти потому, что хондробласты не могут выжить вне коллагенового каркаса, без него они погибают. Это все равно что заселить Луну лондонцами – совершенно беспомощными без привычной городской инфраструктуры.

Временная конструкция внутри сустава, которая имитирует базовое строение хряща, – вот что нужно. Если ввести хондробласты в этот трехмерный каркас, или, иначе, подложку-носитель, то они будут расти, активно делиться, у них будет вдоволь времени и места, чтобы построить заново свою естественную среду обитания и нарастить хрящ. Несомненно, клетки либо сами поглотят каркас-подложку, либо его будут проектировать таким образом, что он сразу растворится, как только новые клетки закончат обустройство своей среды обитания, при этом готовый хрящ в колене или бедре не пострадает.