Как вырастить кость — Нина Тандон

Посмотрите урок целиком: http://ed.ted.com/lessons/how-to-grow-a-bone-nina-tandon

Можно ли вырастить кость вне человеческого тела? Возможно, вскоре мы сможем ответить на это вопрос положительно. Нина Тандон исследует эту возможность, рассматривая, как кости растут в организме, и рассказывает, как учёные надеются воспроизвести этот процесс в лаборатории.

Автор урока — Нина Тандон, анимация — Giant Animation Studios.

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.