Nanotrubky zpevní naše kosti

Představte si, že byste měli kosti tak pevné, že byste si je sami nemohli zlomit. Skákali byste z deseti metrů a nic by se vám nestalo. A když už byste si něco zlomili, lékaři by vám píchli injekci nanotrubek a za týden byste měli po problému.

Nanotrubky nahradí kolagen

Hydroxyapatit uchycený
na upravených nanotrubkách
Credit: University of California

Základ našich kostí tvoří organický kolagen (pdf 166 kB) a anorganický hydroxyapatit (Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂). Kolagen tvoří základní strukturu kolem které se tvoří minerální hydroxyapatitová struktura. K naší smůle ani jedna z těchto látek sama o sobě není příliš pevná. Proto vědce napadlo, že by základní strukturu mohli vytvořit z dnes nejpevnějšího známého materiálu – nanotrubek. Nanotrubky by nahradily kolagen a mohl by se na nich mineralizovat hydroxyapatit. Problém byl v tom, že hydroxyapatit není schopen "držet" na obyčejných nanotrubkách, protože ty neumí přijmout kladný iont vápníku. Proto bylo nutné nanotrubky upravit sloučeninami fosforu a síry. Potom už na nanotrubkách mohl hydroxyapatit bez problémů krystalizovat. Za 14 dní na nich vyrostly krystaly tlusté 3 μm.

Kosti pevnější než ocelové

Zvětšit
Hydroxyapatit vykrystalizovaný
na podkladu z upravených nanotrubek
Credit: University of California

Vysoká pevnost nanotrubek navádí ke spekulacím o tom, jak pevné budou kosti, jejichž základ budou tvořit. Kostní implantát z pěny tvořené nanotrubkami by mohl pomoci rychlému hojení těžkých zlomenin. Existuje možnost, že by jednoduše stačilo vstříknout nanotrubky jehlou do místa zlomeniny jako dodání potřebného stavebního materiálu. Ovšem kdybyste měli jedno místo v kosti mnohem pevnější než okolí, mohla by se kost snadno zlomit hned vedle (z důvodu koncentrace napětí na takovém místě). To by bylo jistě nežádoucí. Proto si myslím, že bude možné nechat si vpravit nanotrubky do všech kostí a tím je zpevnit. Předcházeli bychom tak osteoporóze nebo ji i léčili. Sportovci by byli druzí, kteří by to vyzkoušeli. První by byli vojáci. Bojovník, který jen těžko může zlomit ruku i nohu je k nezaplacení.

Co udělají nanotrubky v lidském těle

Toxicita nanotrubek pro lidský organismus nakonec rozhodne o tom, zda je budeme moci využít v jakýchkoli medicínských aplikacích. Zatím z této oblasti mnoho poznatků nemáme. Víme, že myš, které bylo do krve vpraveno 0,5 mg obyčejných nanotrubek uhynula po 90 dnech, zatímco obsahovaly-li nanotrubky příměs železa, k úhynu nedošlo. Také víme, že se nanotrubky mohou dostat čichovým nervem do mozku a tam způsobit záněty. Vědci se ovšem snaží různými způsoby udělat nanotrubky neškodné pro organismy. Například zvýšením jejich smáčivosti.

Velký pokrok v medicíně

Ať už to budou nanotrubky nebo jiné nanočástice, je jisté, že nanotechnologie přispěje k velkému pokroku v medicíně. Už dnes se využívají povlaky hydroxyapatitu na kloubních implantátech a další metody iniciace tvorby zničených kostí. Pokud je mi známo, žádný implantát využívající mřížku z nanočástic není v klinickém testování, ale rychlý pokrok v tomto oboru ukazuje, že nebude dlouho trvat, než se nanotechnologie dostane do běžné lékařské praxe.