А вместо сердца — пламенный мотор

Биоматериалы у всех на слуху, но мало кто точно знает, что это такое. Между тем они уже сегодня играют важную роль в медицине, а завтра, судя по всему, их значение только вырастет. У искусственных костей, мышц и внутренних органов, созданных из материалов, способных уживаться с тканями и соединениями органического происхождения, может быть множество применений, которые сегодня кажутся фантастическими. Совместно с НИТУ «МИСиС» мы постарались рассказать о наиболее интересных биоматериалах и их возможностях.

«Биоматериалы» — слово сложной судьбы. Очень часто под ним подразумевают то, что в данный момент удобнее: от образцов синовиальной жидкости до искусственного перламутра или паутины с нанотрубками. Поэтому, пусть терминологические споры — и последнее дело, все же не лишним будет уделить этому вопросу хотя бы пару слов.

Во-первых, в русских источниках, прежде всего в правительственном определении, под биоматериалами подразумеваются две разные вещи: 1) материалы из живых тканей; 2) синтетические или естественные материалы, используемые в медицинском устройстве или в контакте с биологическими системами.

Англоязычной норме соответствует только второе значение термина, для первого же зарезервировано не подлежащее сокращению biological material/substance. Согласно решению съезда Европейского общества специалистов по биоматериалам (European Society for Biomaterials), принятому еще в далеком 1987 году, биоматериалами следует называть «неживые материалы, использующиеся в медицинских устройствах и предназначенные для взаимодействия с живыми системами».

Чуть более широкую трактовку термина дал в 2012 году авторитетнейший IUPAC — международный союз химиков рекомендовал называть таким образом «материалы, используемые в контакте с живыми тканями».

Близкий термин «биосовместимость» отражает главное требование, предъявляемое ко всем биоматериалам, — отсутствие токсичности (в самом широком смысле слова). Однако этот термин ограничен лишь конкретным способом применения материала, и правомерность его использования требует доказательств в форме рандомизированных плацебо-контролируемых клинических испытаний.

Кроме того, есть еще биомиметические материалы — то есть такие, которые воспроизводят какие-то свойства живого организма или вдохновлены им. Но тут следует иметь в виду, что биомиметические материалы тоже часто фигурируют в роли биоматериалов (и, конечно, для этого они должны обладать биосовместимостью). Так что неудивительно, что вокруг всех этих слов образовалось так много путаницы.

Теперь, когда с определениями покончено, самое время рассказать интересную историю. Во время Битвы за Британию 34-летнему офтальмологу Гарольду Ридли приходилось работать сразу в двух местах — в госпитале Святого Фомы и в Офтальмологическом госпитале Мурфилдс. Работы было очень много: налеты люфтваффе добавили к потоку обычных пациентов огромное число жертв бомбардировок, а также раненных британских военных.

Среди последних был командир 601 эскадрильи Королевских ВВС Гордон «Мышонок» Кливер, который 15 августа 1940 года оказался подбит в бою над Винчестером. Пулеметная очередь раскрошила фонарь его истребителя «Хоукер Харрикейн», фрагменты плексигласа попали пилоту в лицо и в оба глазных яблока. «Мышонок» эвакуировался на парашюте, но к тому моменту, когда его доставили к врачам, он уже ослеп.

К счастью, спустя почти два десятка операций зрение на одном глазе удалось частично восстановить. Ридли, который наблюдал пациента, обратил внимание на необычное поведение инородных тел: в отличие от стекла, попавший в глаз пилота плексиглас (британский Perspex) не вызывал воспаления, ранки с его фрагментами заживали сами собой.

Это натолкнуло Ридли на мысль о том, что полиметилметакрилат может быть использован для создания искусственного аналога хрусталика. В случаях тяжелой катаракты (когда хрусталик сильно мутнеет) акриловый имплантат можно будет вставить прямо на место хрусталика пациента, не опасаясь воспаления, рубцевания и других недопустимых побочных эффектов, которые стали бы неизбежным следствием использования стеклянной линзы.

Спустя всего несколько лет, 29 ноября 1949 года, в госпитале Святого Фомы Ридли провел первую в мире подобную операцию, которая со временем стала офтальмологическим стандартом. Так был обнаружен первый мире (по крайней мере в современном мире) биоматериал. Интересно, что спустя почти 40 лет после битвы над Винчестером у пожилого «Мышонка», как это часто бывает с возрастом, развилась катаракта. Бывшему боевому пилоту сделали операцию по замене хрусталика — ту самую операцию, к появлению которой он имел непосредственное отношение.

Список сегодняшних биоматериалов плексигласом, конечно, не исчерпывается. Существует огромное количество материалов, из которых делают стенты, катетеры, зубные имплантаты, искусственные суставы, пейсмейкеры, сенсоры и так далее. Про каждый из этих материалов и про те устройства, которые из него изготавливаются, можно было бы написать отдельную книгу (впрочем, они уже написаны). Так что мы расскажем лишь про некоторых представителей этого класса веществ — тех, которые обладали бы наиболее необычными или просто забавными свойствами.