Kun je een bot laten groeien buiten het menselijk lichaam?
Het antwoord kan binnenkort "ja" zijn,
maar voordat we begrijpen hoe dat mogelijk is,
moeten we kijken naar hoe botten gewoonlijk groeien in het lichaam.
De meeste botten ontstaan in een foetus als zacht en flexibel kraakbeen.
Botvormende cellen vervangen het kraakbeen met een sponsachtig raster
gemaakt van mineralen zoals calcium en fosfaat.
Dit raster wordt harder nadat osteoblasten --
gespecialiseerde botvormende cellen --
meer mineralen toevoegen die de botten hun sterkte geven.
Hoewel het raster zelf niet uit levende cellen bestaat,
vormen zich netwerken van bloedvaten, zenuwen en ander levend weefsel
door speciale gangen en kanalen.
Gedurende de ontwikkeling,
versterkt een legioen van osteoblasten het skelet,
dat onze organen beschermt, ons laat bewegen,
bloedcellen produceert en meer.
Maar dit eerste bouwproces alleen
is niet genoeg om botten sterk en functioneel te maken.
Neem een bot dat op deze wijze is gebouwd,
maak er spieren aan vast,
en probeer er een zwaar gewicht mee op te tillen.
Het bot zal waarschijnlijk breken onder de spanning.
Bij ons gebeurt dit meestal niet,
omdat onze cellen het bot constant versterken
en verder uitbouwen daar waar nodig.
Dit principe heet de Wet van Wolff.
Maar materiaal voor botten is beperkt beschikbaar
en dit nieuwe, versterkende bot
kan alleen gevormd worden als er voldoende materiaal is.
Gelukkig hebben de osteoblasten, de bouwers,
een tegenpool die osteoclasten heten, de slopers.
Osteoclasten breken de overbodige mineraalrasters af met zuren en enzymen,
zodat de osteoblasten meer materiaal kunnen toevoegen.
Een belangrijke reden waarom astronauten in de ruimte constant moeten trainen,
is vanwege het gebrek aan spanning op het skelet.
Zoals de Wet van Wolff aangeeft,
maakt het osteoclasten meer actief dan osteoblasten,
waardoor het bot massa en sterkte verliest.
Wanneer botten toch breken,
heeft je lijf het fantastische vermogen om het beschadigd bot te reconstrueren,
alsof het nooit was gebroken.
Bepaalde situaties, zoals verwijdering van kanker,
traumatische ongelukken
en genetische fouten gaan dit helende vermogen boven de pet.
In het verleden werden de gaten opgevuld met metaal,
dierlijke botten,
of botdelen van menselijke donoren,
maar geen van deze zijn optimaal, vanwege het risico op infecties
of afstoting door het immuunsysteem
en ze kunnen de meeste functies van gezonde botten niet overnemen.
Een ideale oplossing is een bot maken met de eigen cellen van de patiënt,
dat is aangepast aan de exacte vorm van het gat;
en dat is precies wat wetenschappers nu proberen te doen.
Zo werkt het:
eerst onttrekken dokters stamcellen uit het vetweefsel van de patiënt
en maken CT scans om de exacte afmetingen van het ontbrekende bot vast te stellen.
Ze maken dan een model van de exacte vorm van het gat,
ofwel met 3D-printers
of door ontcelde koeienbotten te slijpen.
Dat zijn botten waar alle cellen uit zijn verwijderd,
waardoor alleen het sponsachtige mineraalraster overblijft.
De stamcellen van de patiënt worden hieraan toegevoegd
en in een bioreactor gestopt,
een apparaat dat alle omstandigheden in het lichaam nabootst.
Temperatuur, vochtigheid, zuurtegraad en nutriëntensamenstelling;
alles moet precies goed zijn, zodat de stamcellen onderscheid maken
tussen ostreoblasten en andere cellen,
het mineraalraster koloniseren
en het opnieuw vorm geven met levend weefsel.
Maar er ontbreekt nog iets:
je kent de Wet van Wolff nog?
Een kunstmatig bot moet echte spanning doorstaan,
anders wordt het zwak en broos.
De bioreactor pompt constant vloeistof rond het bot
en de druk laat de osteoblasten het bot steviger maken.
Voeg dit alles samen en binnen drie weken
is het nu levende bot gereed om uit de bioreactor te komen
en in het lichaam van de patiënt geïmplanteerd te worden.
Hoewel het nog niet zeker is dat deze methode werkt bij mensen,
zijn in het lab gekweekte botten al succesvol geïmplanteerd in varkens
en in andere dieren.
Testen op mensen beginnen wellicht al in 2016.