Hoe kweek je een bot? - Nina Tandon

Bekijk de hele les: http://ed.ted.com/lessons/how-to-grow-a-bone-nina-tandon

Kun je een menselijk bot buiten het menselijk lichaam laten groeien? Misschien is het antwoord hierop binnenkort 'ja'. Nina Tandon onderzoekt de mogelijkheden door te bestuderen hoe botten in het lichaam op natuurlijke wijze groeien en door licht te werpen op hoe wetenschappers hopen dat proces na te bootsen in een laboratorium.

Les door Nina Tandon, animatie door Giant Animation Studios.

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.