Jak wyhodować kość - Nina Tandon

Zobacz pełną lekcję: http://ed.ted.com/lessons/how-to-grow-a-bone-nina-tandon

Czy można wyhodować ludzką kość poza ciałem człowieka? W przyszłości odpowiedź może brzmieć - tak. Nina Tandon analizuje nasze możliwości poprzez zbadanie, jak kości naturalnie rosną w ciele i pokazanie, jak naukowcy chcą odtworzyć ten proces w laboratorium

Lekcja - Nina Tandon, animacja - Giant Animation Studios.

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.