Кости: внутри и снаружи - [45]

Еще один способ получить изображение кости – посмотреть на нее через микроскоп или сфотографировать с помощью микроскопа. Разумеется, сначала следует вынуть костную ткань путем биопсии или аутопсии[44]. Ученые активно используют микроскоп с момента его изобретения (а этому прибору более трехсот пятидесяти лет), но из-за того, что кость жесткая, рассмотреть ее под микроскопом непросто.

Чтобы применить световой микроскоп, нужно сделать срез исследуемого объекта – настолько тонкий, что через него будет проходить свет. Толщина слоя биологического образца должна равняться размеру одной клетки. Мягкие ткани погружают в парафин или замораживают, затем срезают ломтик толщиной в паутинку и кладут его на предметное стекло. Кость сразу сломает лезвие, поэтому используется другая тактика. Можно на несколько недель замочить кость в кислоте и дождаться, пока из нее уйдет кальций, а потом погрузить то, что останется от кости, в парафин и сделать срез. Другой способ – окунуть образец в эпоксидную смолу и после застывания нарезать его на мощном станке с таким жестким, тяжелым и острым лезвием, что оно будет резать кость, как масло. Третий вариант – стачивать образец кости до тех пор, пока он не начнет пропускать свет. Во всех трех случаях при подготовке материала к исследованию добавляют определенные химические вещества, которые окрашивают различные составляющие костного образца и позволяют выявить внутриклеточные компоненты, в том числе коллаген и ядра.

В традиционных микроскопах для увеличения и фокусировки применяются стеклянные линзы, которые направляют свет и изображение на сетчатку глаза исследователя или в камеру. Микроскопы, которыми вы пользовались в школе или университете, способны увеличивать объект до пятисот раз и позволяют отлично рассмотреть остеобласты и остеокласты. Если надо приблизить изображение еще больше, ученые обращаются к электронным микроскопам. В этих устройствах магниты фокусируют пучок электронов, который одни части образца пропускают, а другие блокируют. Так возникает изображение. Длина волны в данном случае намного меньше, чем у видимого света (отличие как между тонким визгом и раскатом грома), поэтому электронные микроскопы бывают почти в тысячу раз мощнее, чем стандартные световые. В случае сканирующей (растровой) электронной микроскопии электроны отскакивают от поверхности трехмерных предметов, что позволяет получить потрясающие изображения – одно из них показано на рисунке в главе 4.

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.