Кости любят магнитное поле

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Магнитотерапия как метод врачевания насчитывает многие сотни лет и ведет свою историю со времен Аристотеля. В ходу она и сегодня. Среди моих друзей и знакомых многие используют бытовые аппараты магнитотерапии «Алмаг» — лечат коленки и прочие суставы. Говорят — помогает.

Кстати, придумал эти аппараты в 1999 году Юрий Валентинович Берлин, главный конструктор медицинской техники московского НИИ радиостроения, заслуженный изобретатель России. Аппараты производит компания «ЕЛАМЕД» на Елатомском приборном заводе в Елатьме Касимовского района Рязанской области. И судя по тому, что производство растет год от года, аппараты востребованы и помогают людям.

Есть, правда, немало скептиков, которые считают, что всё это «развод на деньги», что магнитотерапия не помогает. Но наука думает иначе.

Ученые биологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова исследовали способность магнитоактивных материалов воздействовать на рост и развитие костной ткани у лабораторных животных под управлением внешнего низкочастотного магнитного поля.

Известно, что костная ткань обладает пьезоэлектрическими свойствами, то есть генерирует электрический заряд на своей поверхности в ответ на механическую деформацию. Электрическое поле, возникающее, например, при ритмической механической нагрузке на кости во время ходьбы, регулирует нормальное функционирование клеток костной ткани, в том числе ее регенерацию при их повреждении.

Удивительно, но и некоторые полимеры бактериального происхождения, такие как поли-3-оксибутират и его сополимеры, тоже обладают пьезоэлектрическими свойствами. Более того, они биосовместимы с живыми тканями и могут рассасываться в них. Так почему бы не сделать из них импланты, заменяющие утраченные кости?

Прежде всего ученые получили поли-3-оксибутират с заданной химической структурой путем контролируемого бактериального биосинтеза.

Затем методом электроформования они изготовили из этого полимера волокнистые скаффолды — матрицу будущей ткани, которую можно будет заселить клетками-предшественниками ткани. Причем это были магнитоактивные скаффолды с усиленным пьезоэлектрическим эффектом.

Для этого в полимерную основу исследователи добавили наночастицы магнетита и их комплексы с оксидом графена. Теперь при помощи внешнего переменного магнитного поля удалось включать и выключать генерацию электрического поля на поверхности нового материала. Для этой же цели они сконструировали уникальную установку по генерации внешнего магнитного поля низкой частоты (около 1 Гц), а также установку для бесстрессового воздействия магнитного поля на лабораторных крыс.

Лабораторным крысам имплантировали разработанные скаффолды в бедренную кость и убедились, что пьезоэлектрический эффект на имплантированных магнитоактивных скаффолдах, вызываемый магнитным полем, стимулировал образование новой костной ткани. Причем скаффолды с оксидом графена сильнее влияли на рост новой костной ткани.

Впрочем, наблюдаемые эффекты могут быть связаны с влиянием на клетки и ткани не только пьезоэлектрического эффекта, но и других факторов.

Исследователи пишут, что «по-видимому, имеет место синергетическое влияние сразу нескольких факторов». Впрочем, нам важен результат. К тому же разработанные композитные скаффолды биодеградируют в организме, причем введение магнитных наноматериалов ускоряет еще и биодеградацию полимерных скаффолдов.

Полагаю, что пьезоактивные костные имплантаты для регенерации костной ткани мы увидим очень скоро.

Тем более, что каждый год в мире делают 3,5—4 млн операций с использованием костнопластических материалов. И это количество продолжает расти. Костная трансплантация выполняется в 10 раз чаще, чем других органов и тканей.

В исследовании также приняли участие ученые Томского политехнического университета совместно с ФИЦ Биотехнологии РАН, РУДН, НИИ Морфологии человека и Университета Авейру (Португалия).