Czy można wyhodować kość
poza ciałem człowieka?
Już niedługo odpowiedź może brzmieć "tak",
ale zanim zrozumiemy, jak to możliwe,
trzeba zobaczyć,
jak kości rosną wewnątrz ciała.
Większość kości powstaje w płodzie
jako miękkie, elastyczne chrząstki.
Komórki formujące zastępują chrząstki
gąbczastą siecią mineralną
zbudowaną z materiałów
takich jak wapń i fosforan.
Struktura staje się mocniejsza,
gdyż osteoblasty,
wyspecjalizowane komórki tworzące kości,
przechowują więcej minerałów,
dając kościom wytrzymałość.
Ponieważ sama struktura
nie powstała z żywych komórek,
sieci naczyń krwionośnych,
nerwy i inne żywe tkanki
przechodzą przez specjalne
kanaliki i przejścia.
W trakcie rozwoju
legiony osteoblastów wzmacniają szkielet,
który chroni nasze organy,
pozwala nam się ruszać,
produkuje komórki krwi itd.
Sam początkowy proces
budowy nie wystarczy,
by kości były silne i funkcjonalne.
Jeśli do takich kości dorzucisz mięśnie
i spróbujesz podnieść coś ciężkiego,
kości prawdopodobnie
złamałyby się pod ciężarem.
Zwykle tak się nie dzieje,
bo nasze komórki w kółko się wzmacniają
i budują kości tam, gdzie są potrzebne,
zgodnie z zasadą zwaną Prawem Wolffa.
Materiał kostny jest jednak
ograniczonym zasobem,
a nowe, wzmocnione kości
mogą zostać uformowane,
jeśli jest odpowiednia ilość materiału.
Na szczęście osteoblasty, budowlańcy,
mają odpowiednika,
osteoklasty, czyli śmieciarzy.
Osteoklasty rozbijają niepotrzebne
struktury za pomocą enzymów i kwasów,
aby osteoblasty miały więcej materiałów.
Głównym powodem, dla których astronauci
muszą ciągle ćwiczyć na orbicie,
jest brak odkształcenia kości
w swobodnym spadku.
Prawo Wolffa przewidziało,
że osteoklasty
są aktywniejsze od osteoblastów,
co zmniejsza masę i wytrzymałość kości.
Kiedy kości się łamią,
ciało ma niewiarygodną możliwość
rekonstrukcji uszkodzonej kości,
jakby złamanie nie miało miejsca.
Pewne sytuacje, jak usunięcie nowotworu,
traumatyczne wypadki
i błędy genetyczne przekraczają
naturalne możliwości naprawy.
Historyczne rozwiązania obejmowały
uzupełnienie powstałych dziur metalem,
kośćmi zwierzęcymi
lub kawałkami kości od dawców,
ale żadne z nich nie jest optymalne,
bo mogą powodować infekcje
lub zostać odrzucone
przez system odpornościowy,
przez co nie mogą przejąć
większości funkcji zdrowych kości.
Idealnym wyjściem z sytuacji byłaby kość
powstała z własnych komórek pacjenta,
które zostały dostosowane
do dokładnego kształtu ubytku,
i to właśnie próbują zrobić naukowcy.
Jak to działa?
Najpierw lekarz wyodrębnia komórki
z tkanki tłuszczowej pacjenta
i wykonuje tomografię komputerową,
aby ustalić dokładne wymiary kości.
Następnie modeluje dokładny kształt kości
albo za pomocą drukarek 3D,
albo rzeźbiąc w pozbawionych
komórek kościach krowy.
Z takich kości zostały usunięte komórki,
pozostawiając tylko
gąbczastą tkankę mineralną.
Następnie do tej tkanki
dodajemy komórki pacjenta
i umieszczamy w bioreaktorze,
urządzeniu symulującym
warunki wnętrza ciała.
Temperatura, wilgotność,
kwasowość i skład odżywczy
- wszystko musi być idealne,
by komórki podzieliły się
na osteoblasty i pozostałe,
skolonizowały tkankę mineralną
i przebudowały ją dzięki żywej tkance.
Ale jednej rzeczy brakuje.
Pamiętasz prawo Wolffa?
Sztuczna kość musi
doświadczyć prawdziwego wysiłku,
gdyż inaczej wyjdzie słaba i krucha,
więc bioreaktor ciągle
pompuje płyn wokół kości,
a ciśnienie każe osteoblastom
zwiększać gęstość kości.
Połącz wszystko razem i za trzy tygodnie
nowa, żywa kość jest gotowa,
aby opuścić bioreaktor
i trafić do ciała pacjenta.
Chociaż nie jesteśmy pewni,
czy ta metoda zadziała u ludzi,
w laboratorium wyhodowano kości,
które z powodzeniem wszczepiono świniom
i innym zwierzętom,
a próby na ludziach
mogą zacząć się już w 2016 roku.