Трансмиссионный (просвечивающий) электронный микроскоп, как и световой, передает двухмерные изображения, зато подходит для гораздо меньших по размеру объектов, в том числе отдельных коллагеновых волокон. А можно ли заглянуть в будущее и узнать, что ждет там живую кость?
Глава 9. Будущее скрытой кости
История кости продолжается уже пятьсот миллионов лет, и ее великое прошлое, безусловно, заслуживает глубочайшего уважения. Врачи и ученые сумели приблизиться к тайнам кости и даже придумали множество способов ее необычного использования. Что же ждет кость в будущем?
В настоящее время появляются прорывные технологии, которые принципиально по-разному влияют на кости и на состояние скелетно-мышечной системы в целом. Искусственный интеллект уже сейчас помогает анализировать огромное количество медицинских данных и миллиарды пикселей изображений. Он замечает закономерности там, где исследователи видят лишь хаос. Когда-нибудь эта технология позволит уверенно заявить, что сорокасемилетнему курящему белому тяжелоатлету следует пройти одну процедуру, а его сверстнику с иными демографическими характеристиками – другую. Альтернативный подход – использование нанотехнологий. Они действуют на уровне атомов и молекул и будут применяться для стимуляции роста и восстановления кости. Например, ученые уже начинают добавлять керамические и металлические частицы субмикроскопических размеров, чтобы укрепить кости и облегчить процесс заживления, – это открывает новый раздел в истории успеха кости, которая продолжается уже миллионы лет.
Еще одно перспективное направление – регенерация конечностей. Что, если поработать с сигнальными молекулами и клетками и заставить организм заново отрастить утраченную руку или ногу? Саламандры повторяют этот фокус неоднократно, а ящерицы отращивают хвосты взамен тех, которыми закусил хищник. В обоих случаях культя, вероятно, проходит те же этапы развития, что и эмбрион, только здесь речь идет лишь о конечности, а не о целом организме. Многие исследователи ищут клеточные и молекулярные механизмы, отвечающие за эти удивительные процессы. Не исключено, что когда-нибудь мы сможем на молекулярном уровне пощекотать культю лодыжки или большого пальца руки и убедить их вырасти. И все-таки я бы не ждал скорого прогресса в этой области. Давайте лучше посмотрим на методики, которые будут доступны в ближайшее время.
Люди живут все дольше, и потребность в хорошей костной ткани непрерывно растет. Пропорционально возрасту увеличивается предрасположенность организма к остеопорозу, однако борьба с этим заболеванием с помощью физических упражнений может привести к травмам, в том числе болям в спине, переломам костей и воспалению сухожилий. Я допускаю, что благодаря этому ортопеды будут обеспечены работой еще не один десяток лет, но уверенности у меня нет. Достичь прогресса позволит глубокое понимание биологии, а не усовершенствование хирургических методик и протезов. Это не должно удивлять, ведь мы все больше знаем о кости на клеточном и молекулярном уровнях и там же будем вносить поправки. В конце концов, с точки зрения клетки или коллагенового волокна хирургия – чудовищное, очень грубое и примитивное занятие, и они охотнее реагируют на химические вещества микроскопических размеров.
Эффективность лекарств для профилактики и лечения остеопороза должна расти, а число побочных эффектов – снижаться. Представьте день, когда последствием падения девяностопятилетнего теннисиста будет лишь вмятина на корте, а не перелом бедра. Появится индивидуальное лечение антибиотиками. Их будут разрабатывать для уничтожения конкретного штамма бактерий, учитывая при этом все метаболические особенности пациента. Здесь уместно провести аналогию с компьютером. Если что-то пошло не так, можно просто выдернуть вилку из розетки и отключить питание. А можно написать пару строчек кода и усмирить жесткий диск – для этого нужно разбираться в операционной системе компьютера и знать пароли. То же самое с индивидуально подобранной антибактериальной терапией.
До открытия ДНК в 1950-х годах никто не мог себе представить генную терапию, а сегодня она уже работает, хотя и не используется пока для лечения заболеваний кости. Менять генетический код человека – ужасно (или изумительно?) сложная задача. Сейчас ученые сосредоточились на лечении смертельных наследственных заболеваний – о многих вы даже не слышали, но уж точно не хотели бы увидеть их в своей истории болезни. Генетики выявляют в ДНК пациента дефектные фрагменты, вырезают их специальными ферментами и заменяют правильным кодом, взятым у растения или другого животного. (Если генотерапевты когда-нибудь прочтут эти строки, они, наверное, будут возмущены моим чрезмерно упрощенным объяснением, но я пишу про кость, а о тонкостях своей профессии пусть поведают они сами.)
Когда я вижу, какие споры вызывают генетически модифицированные продукты, я представляю себе дивный новый мир: молекулярные биологи научатся управлять нашими генами, чтобы подарить нам более крепкие кости и прочные хрящи, а также сердца, которые не будут вести себя как капризные примадонны.
Гораздо меньше противоречий вызывает еще одна тема, имеющая огромный потенциал, – пересадка органов и тканей. Для ортопедов особенно актуальна пересадка конечностей – замена поврежденной или отсутствующей части тела аналогичной, взятой у другого человека. Я упоминаю эту процедуру в контексте биологии, а не технологий, так как любой грамотный хирург, специализирующийся в данной области, уже сегодня может соединить кости, сосуды, нервы и сухожилия ампутированной кисти с предплечьем пациента. Это требует времени и усилий, но через несколько дней кровообращение стабилизируется, а у реплантированного органа и у его владельца все будет хорошо.
Пересадка почек, сердца, печени и конечностей от одного человека к другому проходит гораздо сложнее, и дело тут не в самой операции – хирургические принципы перемещения частей организма из одного места в другое хорошо отработаны. Для успешной пересадки ткани от человека к человеку нужен не хирургический, а биологический «трюк». Надо убедить иммунную систему реципиента подружиться с трансплантатом и считать его «своим» или хотя бы другом, а не чужаком.
Проблема в том, что наша иммунная система всегда начеку, готовая отразить нападение. Она бурно реагирует на вирусы, бактерии, шипы роз, пчелиные жала и других врагов. Иммунитет напрягается, когда выявляет что-то инородное, и делает все возможное, чтобы уничтожить обидчика. Пересадить человеку его же кость не так сложно, поскольку организм узнает свои перемещенные клетки. С чужими клетками этот номер не пройдет.
Более пятидесяти лет назад была произведена первая пересадка органа – почки. Иммунологи тогда работали не покладая рук. Они вводили реципиентам сильнодействующие препараты против отторжения клеток, пытаясь обмануть иммунную систему и заставить ее принять пересаженный орган. Это помогало, но организм пациента становился равнодушен не только к новым почкам, но и к настоящим агрессорам. Трансплантация обрекала человека на жизнь с ослабленной защитой от инфекций и опухолей. И все же польза от пересадки почек перевешивала риски: в конце концов иммунологи накопили необходимый опыт и подобрали оптимальные дозы наименее токсичных препаратов. Трансплантация почек стала стандартной операцией, и вскоре врачи освоили пересадку сердца, легких, печени и других жизненно важных органов. Да, лекарства против отторжения трансплантата угрожают жизни пациента, но люди не хотят умирать раньше времени без жизненно важного органа, а потому большинство соглашается на операцию, принимая все риски.
А как быть с отсутствующей кистью? Это полезная и красивая часть тела, но жить без нее можно. Возникает большой вопрос: стоит ли ради улучшения качества жизни прибегать к трансплантации конечности, если подавление иммунитета может вызвать опасные осложнения? Уже сегодня хирурги пересаживают лица, кисти рук, матки и половые члены, а медицинские учреждения, спонсирующие эти операции, громко заявляют о каждом успехе. К сожалению, они не так охотно рассказывают о неудачах и проблемах, часть из которых обусловлена реакцией иммунной системы реципиента.
Почему я делаю акцент на опасностях и неоднозначности пересадки конечностей? Подобные операции пока еще не стали обычной практикой, но когда-нибудь иммунологи подберут сбалансированное лечение и помогут организму реципиента подружиться с трансплантатом, сохраняя при этом достаточную иммунную защищенность от инфекций, опухолей и других антигенов (иммунокомпетентность). В настоящее время направление на пересадку конечностей больные получают очень редко. Например, кисть руки можно пересадить человеку, иммунитет которого уже подавлен после пересадки жизненно важного органа. Его иммунная система и так ослаблена, и если добавить еще какие-то чужеродные части, то риск не слишком вырастет. Другой случай – когда у потенциального реципиента есть однояйцовый (и вдобавок невероятно великодушный) близнец. Поскольку иммунная система у них идентична, перенос частей тела от одного близнеца к другому не вызовет никаких проблем с отторжением. Если у читателя есть такой брат– или сестра-близнец – внимание! Ведите себя мило! Вдруг когда-нибудь потребуется их помощь? А еще стоит насторожиться, если он (или она) прихрамывает и начинает интересоваться здоровьем ваших коленей.
А как насчет того, чтобы не пересаживать орган от другого человека, а создать его заново? Ученые уже не первый год клонируют кожу, особенно если требуется обширная пересадка после ожога. Хирург собирает с необожженных участков тела собственные клетки пациента. В лаборатории клетки помещают в питательный бульон, где они усиленно делятся и растут. Наконец, клетки соединяют c пористой биоразлагаемой пленкой и кладут ее на поврежденное место, восстанавливая водонепроницаемый барьер для инфекций. Отторжения в данном случае не происходит, ведь клетки взяты из того же организма.