Переломы будут лечить клеем

Медики из Фонда Американской стоматологической ассоциации (ADAF) и Национального института стандартов и технологий (NIST) предложили использовать в качестве материала для сращивания костей (особенно в челюстно-лицевой хирургии) клеточный каркас. Каркас заполнен смесью, основной элемент которой – биологически активный цемент.

Совместными исследованиями в области медицинских и зубоврачебных материалов соавторы занимаются с 1928 года, причем ассоциация концентрирует свои усилия на создании новых технологий, а институт – на совершенствовании уже существующих. Описание нового метода появилось в апрельском номере Journal of Biomedical Materials Research B, готовятся еще две публикации в специализированных изданиях.

Как говорят авторы работы, сначала они делают вокруг места перелома металлическую опалубку, которую заполняют пастой из цементного вещества. Оно состоит из фосфата кальция и других минералов, присутствующих в костной ткани. Паста перемешана с гранулами из натурального полимера, полученного из морских водорослей, в которые помещены клетки костной ткани.

Полученный состав предполагается вводить непосредственно во впадину на кости или какой-либо дефект костной ткани. Там паста твердеет благодаря рассеянным по ней костным клеткам, заключенным в оболочку-капсулу. Частицы натурального полимера под воздействием жидкостей тела постепенно распадаются, создавая каркас, который заполняют выпущенные «на волю» костные клетки.

По словам авторов, по прочности имплантат не уступает покрытию из нескольких слоев разлагаемого микроорганизмами ячеистого волокна, которое уже применяется в клинической практике. Зато его введение намного проще и не так травмирует околокостные ткани.

Руководитель исследований Хокин Сюй из ADAF характеризует найденное решение как «весьма изящное». По его словам, «усовершенствованные» костные клетки наглядно показывают разницу между биологически активными веществами и биоинертными полимерами, одновременно обладая свойствами и тех и других.

В экспериментах использовались костные клетки мышей, но в клинической практике планируется культивировать клетки, забранные непосредственно у пациентов.

Гранулы натурального полимера не только способствуют образованию дополнительных пор в затвердевающем цементе, но и защищают сами костные клетки в течение 30 минут, которые необходимы пасте для завершения процесса. Дальнейшие опыты будут направлены на то, чтобы улучшить механические характеристики материала, для чего потребуются гранулы меньшего диаметра. Биоинженеры надеются, что такие гранулы станут разлагаться более предсказуемо.

В прошлом году химикам Калифорнийского университета в Риверсайде во главе с Робертом Хэддоном впервые удалось продемонстрировать, что углеродные нанотрубки создают идеальную основу для роста костной ткани. Костную ткань образуют коллагеновые волокна, соединяясь с кристаллами гидроксиапатита. Как оказалось, нанотрубки, если ввести содержащий их раствор в виде инъекции пациенту, могут выполнять роль коллагена и стать основой для роста гидроксиапатита.

Нанотрубки лишены обычных недостатков, свойственных ныне используемым в костных имплантатах материалам, – они прочнее и не вызывают риска отторжения. Обычные современные имплантаты включают в себя искусственные вставки из разных материалов, в том числе полимеров и пептидных волокон, и скрепляют фрагменты сломанной кости винтами.

А в 2004 году американская компания Cytomatrix разработала способ выращивания стволовых клеток вне тела человека – в трехмерной матрице, состоящей из углеродной основы с металлическим напылением. Под микроскопом высокопористая матрица напомнила исследователям костный мозг. При испытаниях ее в качестве костного имплантата выяснилось, что в ней успешно размножаются клетки крови и костного мозга.

Яд для фотосинтеза

Поиск иных форм жизни, или, по крайней мере, очень оригинальных представителей уже известных групп эукариот и бактерий особенно результативен в уголках планеты, сильно отличающихся от привычных нам. Будь то гидротермальные источники на дне океана, подводные и наземные вулканы, гейзеры или просто высокогорные озера, ученым зачастую, оказывается, есть чем похвастаться перед коллегами.

Особенно повезло участникам экспедиции под руководством Рональда Оремланда. И хотя выбранное ими озеро Моно в Калифорнии существенно уступает Байкалу и по возрасту, и по объему, среди представителей его флоры и фауны попадаются очень оригинальные виды.

Свою публикацию в Science микробиологи посвятили двум группам цианобактерий, использующих при фотосинтезе мышьяк вместо кислорода.

Ученые исследовали расположенное на высоте 2 км щелочное и сильносоленое озеро, когда обнаружили на камнях крупные колонии бактерий в виде налётов зеленого и красного цвета. Ими оказались пурпурные Ectothiorhodospira и цианобактерии, похожие на известную группу Oscillatoria.

Возможно, ученые ограничились бы описанием новых видов, если бы не настоящие экстремальные условия обитания их «питомцев» – высокие концентрации сульфидов и арсенитов – солей мышьяковистой кислоты. Такая среда обитания и определила способ питания обнаруженных групп прокариот, весьма оригинально решивших проблему донора электронов при фотосинтезе.

Дело в том, что при «усвоении энергии света» возбуждается молекула пигмента, чаще всего хлорофилла, следом за этим она теряет электрон, и для «заполнения электронной вакансии» и требуется донор этих самых электронов. В зависимости от того, кто этим донором выступает, фотосинтез называется оксигенным или аноксигенным.

В первом случае донор – кислород, а точнее, атом кислорода в молекуле воды. В результате окисления двух молекул воды и образуется одна молекула кислорода O ₂, которую большинство живых организмов, в том числе и сами фотосинтетики-автотрофы, используют для дыхания.

Аноксигенный фотосинтез куда разнообразней. Во первых, он доступен только бактериям – пурпурным, циано- и гелико-. Во-вторых, в качестве донора электронов они используют серу из сульфидов, железо из его соединений и даже азот из нитритов.

Но даже нитриты и нитраты не идут ни в какое сравнение с высокотоксичным арсенитом, в состав которого входит мышьяк As(III).

Ученые показали, что выделенные ими штаммы бактерий отлично размножаются в присутствии света в полностью бескислородных условиях. Главное, чтобы хватало арсенитов – основной составляющей гидротермальных источников озера Моно.

В роли пигмента выступает уже известный бактериохлорофилл A, распространенный у пурпурных бактерий, эффективно поглощающий свет длиной волны 800, 850 и 880 нм. А вот с другими участниками системы ученым ещё предстоит определиться.

В случае с другими фотосинтезирующими бактериями окисление, то есть забор электронов у донора, осуществляет специальный фермент – оксидаза.

У своих подопечных Оремланд не нашел следов ни самого фермента, ни кодирующих его генов.

Ученые предполагают, что его роль берет на себя редуктаза, выполняющая обычно полностью противоположные функции.

По мнению микробиологов, их находка подчеркивает аноксигенное становление фотосинтеза, начавшегося ещё задолго до появления «обычных» цианобактерий. Лишь со временем в этот процесс была включена вода, и началось выделение кислорода, в несколько этапов заполнившего нашу атмосферу.