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.