Как выращивать человеческие кости

яВ 1668 году у голландского доктора по имени Джейкоб Ван Микерен был дерзкий план. Пациент недавно попал в его опеку с уникальной травмой – плохо деформированный череп. Он был солдатом, который видел жестокость войны, и, пока он жил, чтобы рассказать историю, он был тяжело ранен на поле битвы. Ван Микерен предложил хирургическое исправление: поместив фрагмент другого черепа в поврежденное пространство для правой формы. Вы можете задаться вопросом, где кто -то получает кусок черепа, не совершая какого -то цвета преступности, как и Ван Микерен.

Использование человеческого черепа будет сложно, поэтому он решил, что лучшим решением здесь было использовать фрагмент черепа собаки (я предполагаю, что Ван Микерен был кошкам). Итак, он разрезал голову солдата и расположил фрагмент черепа собаки на место травмы. Операция была успешной, и солдат продолжил жить ‍.‍.‍. несчастная жизнь. Возникал вопрос о том, что Ван Микерен не предвидел. Церковь пациента решила, что теперь он частично собака и больше не может быть членом прихода. Церковь отлучила его, и он был опустошен, чтобы потерять свою общину.

В отчаянии солдат вернулся в Ван Микерен и умолял, чтобы он снял череп собаки. Он обязался, хотя, безусловно, был разочарован тем, что разрушил свою успешную операцию. Но когда Ван Микерен открыл голову солдату во второй раз, он увидел что -то удивительное. Фрагмент черепа собаки был полностью слит в череп солдата и некременен. Он выполнил первый успешный костный трансплантат в истории записанного.

Потребовалось свежие глаза студента -медика, чтобы узнать, сколько коралла напоминал человеческую кость.

Костные трансплантаты прошли долгий путь с 1600 -х годов, и используемые сегодня материалы не получают отлучения от их церквей. Но операции по костном трансплантации все еще имели свою долю проблем. Кости – это уникальный вид ткани, потому что они представляют собой смесь кристализированных минералов, прикрепленных к белкам. Минералы удерживаются вместе с помощью матрицы коллагена. Кости должны быть достаточно сильными, чтобы противостоять силам, которые мы наносите на них с помощью наших тел, но они также должны быть достаточно легкими, чтобы допустить мобильность.

Это сложный баланс, поэтому для достижения этого подвига у костей есть несколько разных слоев. Внешняя оболочка, твердая белая часть, о которой вы думаете, когда думаете о скелете, сильна и плотная. Внутренняя, однако, пустота и заполнена губкой, пористой тканью, которая содержит кровеносные сосуды. Кости – это живая ткань, которая постоянно ремоделирует, поэтому, если перелом маленький, она заживет самостоятельно. Однако, если есть зияющее пространство, кость будет бороться за то, чтобы восстановить себя. Лучший способ справиться с этим – это обеспечить эшафот на пути к костному трансплантату. Предоставляя соответствующую структуру, кость может продолжать реконструировать, сливая трансплантат с новым ростом костей.

Как увидел Ван Микерен, поиск кости для трансплантата может быть сложным. Можно использовать донор органов, но это требует мертвого тела и вносит небольшую возможность передачи заболеваний. Другой метод – использовать кусок кости от собственного тела пациента. Это требует двух операций – одна, чтобы удалить кусок кости из другой части тела пациента, и секунду, чтобы поместить эту кость в область беспокойства. Две операции, конечно, являются более чем одной операцией, и этот метод увеличивает риск осложнений.

В течение многих лет врачи искали эффективную замену, но изо всех сил пытались найти материал, который будет работать. Эксперименты проводились с синтетическими материалами, такими как древесина и мрамор без удачи. Первым иностранным материалом, который предлагал проблеск надежды, был штукатурком Парижа. Самая большая проблема заключалась в создании искусственной структуры с матрицей, позволяющей кровеносным сосудам расти на протяжении всей реконструированной кости. Это оказалось сложной задачей. Инженеры пытались создать леса с пористой керамикой, но у нее просто не было равномерной матрицы натуральной кости. Таким образом, врачи застряли с использованием трупов или выполняли две операции.

Костные трансплантаты прошли долгий путь с 1600 -х годов, и используемые сегодня материалы не затрагивают людей.

Костные трансплантаты не были недалеко от ума Джона Вебера, когда он изучал коралловые рифы. Он был морским геологом в Университете штата Пенсильвания, и он был гораздо больше заинтересован в изучении химического состава кораллов, чем недостатки медицинского сообщества. Вебер был особенно заинтересован в том, чтобы узнать, как химические вещества, обнаруженные в коралловых скелетах, варьировались в зависимости от видов и окружающей среды, и он опубликовал много документов о своих выводах в течение 1960 -х и 1970 -х годов.

Однако, когда Penn State получила несколько причудливых технологий, исследование Вебера полностью изменится. Penn State стал одним из первых исследовательских учреждений в Соединенных Штатах, получившим сканирующий электронный микроскоп, который, в отличие от традиционных микроскопов, позволяет трехмерному взгляду на образцы. Юджин Уайт был материальным ученым в Университете штата Пенсильвания, и он имел честь и ответственность за управление этой очень желанной технологией. Веберу было любопытно посмотреть на коралловый скелет, поэтому он спросил Уайта, может ли он использовать сканирующий электронный микроскоп. Будучи самим аквалангом, Уайт также был заинтригован.

Люди со всей страны принесли материалы для белых для анализа, но это был первый раз, когда он лично интересовался материалом. Они выполнили сканирование, и то, что они увидели, полностью сдуло их. У скелетов была сеть взаимосвязанных отверстий повсюду – как швейцарский сыр, но с слишком большим количеством отверстий. Даже с обширным опытом Уайта коралл выглядел как ничто иное, как он когда -либо видел. Это, конечно, не выглядело ничто, похожее на любой материал, который он видел.

Потребовалось свежие глаза студента -медика, чтобы узнать, насколько он напоминал человеческую кость. В 1971 году Уайт пригласил своего племянника Родни, который учился в Университете штата Нью -Йорк в штате Нью -Йорк, провести лето, работая в своей лаборатории. Трое изучали структуру кораллов и взяли плесени. Стало яснее, что природа создала идеальную матрицу для костного трансплантата, которую инженеры не смогли воспроизвести. Поскольку поры кораллового скелета были равномерными по размеру и полностью взаимосвязаны, это было идеальным каркасом для новых кровеносных сосудов и тканей, чтобы расти на трансплантат. В восторге от своей новой идеи они опубликовали статью в 1972 году, в которой предложил Коралл хорошим источником материала трансплантата.

Это было очень интересно для медицинского сообщества, но была одна явная проблема. Коралловые скелеты изготовлены из карбоната кальция, а карбонат кальция растворяется – это общее лечение чрезмерно кислого желудка! Материал распадался бы в организме до того, как кость могла начнет расти. Им нужен был способ изменить химический состав коралла, не влияя на то, как вырос коралловый скелет.

Это когда химик Делла Рой стал участвовать в проекте. Как и волшебник, Рой положил коралл в фосфатный раствор, а затем нагрел его под высоким давлением. Это превратило карбонат кальция в фосфат кальция, тот же минерал, что и кость человека, без изменения структуры. Новый материал был назван кораллиновым гидроксиапатитом, и его приветствовали в медицинском сообществе. Мало того, что это стало фантастическим лесом для роста костей, но было очень мало негативных реакций в исследованиях животных и людей. Сегодня этот материал использовался в костных трансплантатах десятков тысяч пациентов, для всего, от зубных имплантатов до слияния позвоночника.

То, что началось как отчаянное решение с участием собачьего черепа в 1668 году, превратилось в одно из самых инновационных использований морской жизни в современной медицине. Природа уже построила идеальный каркас; Только что потребовалось несколько любопытных умов, от того, чтобы признать его хирурги.

Выдержка из Лосось пушка и левитирующая лягушка: и другие серьезные открытия глупой наукиПолем Copyright © 2025 Карли Энн Йорк. Доступно от Basic Books, отпечаток Hachette Book Group, Inc.

Ведущее изображение: Vsevolod Finch Ziablov / Shutterstock

• Карли Энн Йорк

  Опубликовано на 29 июля 2025 года

  Карли Энн Йорк в настоящее время является доцентом в Университете Ленуара-Рхин. Она получила докторскую степень В экологических исследованиях из Университета Старого Доминиона. Она также является автором двух научных книг по науке о науке для детей, День в жизни: лошади и Королевы джунглейПолем Она живет в Северной Каролине.