Можно ли вырастить кость вне человеческого тела?
Скоро мы сможем дать положительный ответ,
но прежде чем мы поймём, как это возможно,
посмотрим, как кости растут внутри тела.
У эмбриона большинство костей вначале являются мягкими, гибкими хрящами.
Костеобразующие клетки заменяют хрящевую ткань губчатой,
насыщенной минералами сеткой, состоящей из кальция и фосфатов.
Эта сетка становится твёрже, по мере того как остеобласты,
специальные костеобразующие клетки,
откладывают больше минералов, придавая костям прочность.
Сама сетка не состоит из живых клеток,
но по специальным каналам и отверстиям в ней растут сети
кровеносных сосудов, нервов и других живых тканей.
И по мере развития организма
огромное количество остеобластов усиливают скелет,
который защищает наши органы, позволяет нам двигаться,
вырабатывает кровяные клетки и не только.
Но первоначального процесса построения
недостаточно, чтобы сделать кости сильными и функциональными.
Если взять выстроенную таким образом кость,
прикрепить к ней мускулы
и попытаться поднять с её помощью большой вес,
кость, скорее всего, сломается под нагрузкой.
С нами этого, как правило, не происходит,
потому что наши клетки постоянно усиливают
и надстраивают кости по мере их использования.
Этот принцип называется законом Вольффа.
Однако костные ткани — ограниченный ресурс,
и эта новая, усиливающая кость
может быть надстроена, только если на неё хватает материалов.
К счастью, помимо остеобластов, строителей,
у нас есть и остеокласты, переработчики.
Остеокласты кислотами и энзимами расщепляют ненужную минеральную ткань,
чтобы остеобласты могли впоследствии использовать этот материал.
Одна из основных причин, почему астронавты должны постоянно упражняться на орбите, —
это недостаток нагрузки на скелет в отсутствии гравитации.
Согласно закону Вольффа,
в таких условиях остеокласты активнее остеобластов,
что приводит к потере прочности и костной массы.
Когда кости всё же ломаются, у вашего тела есть чудесная способность
восстановить повреждённую кость так, будто перелома никогда и не было.
Иногда, к примеру, после удаления раковых опухолей,
после травм
или из-за генетических дефектов, тело не справляется с восстановлением.
Нам известны различные способы решения этой проблемы: замена кости металлом,
костями животных
или частями костей от людей-доноров,
но всё это может привести к инфекции
или вызвать отторжение у иммунной системы,
и такие протезы не могут выполнять большинство функций здоровых костей.
Идеальным решением будет вырастить кость из собственных клеток пациента
и точно подогнать её по форме под отсутствующую часть кости.
Именно это и пытаются сделать учёные в данный момент.
Вот как это работает.
Сначала врачи извлекают стволовые клетки из жировой ткани пациента
и делают КТ-сканирование, чтобы определить точные размеры отсутствующей кости.
Затем моделируют точную форму кости:
либо с помощью 3D-принтера,
либо вырезают из децеллюляризованной коровьей кости.
Это кости, из которых убрали все живые клетки,
оставив лишь губчатую минеральную сетку.
Затем в минеральную сетку добавляют стволовые клетки пациента
и помещают её в биореактор —
устройство, имитирующее все условия, имеющиеся внутри организма.
Температура, влажность, кислотность и состав питательных веществ
должны быть идеальными, чтобы стволовые клетки превратились
в остеобласты и другие клетки,
заселили минеральную сетку
и перестроили её в живую ткань.
Но кое-чего здесь не хватает.
Помните закон Волльфа?
Искусственная кость должна испытывать реальную нагрузку,
иначе она получится слабой и хрупкой,
поэтому биореактор постоянно качает жидкость вокруг кости,
и давление велит остеобластам наращивать плотность кости.
Сложите всё это вместе — и в течение трёх недель
живая кость готова к выходу из биореактора
и имплантации в тело пациента.
Пока точно не известно, будет ли этот метод работать для людей.
Выращенные в лаборатории кости уже были успешно имплантированы свиньям
и другим животным,
а испытания на человеке могут начаться уже в 2016 году.