Cách hình thành xương - Nina Tandon

Xem đầy đủ tại: http://ed.ted.com/lessons/how-to-grow-a-bone-nina-tandon

Bạn có thể tạo ra xương người bên ngoài cơ thể không? Câu trả lời sẽ là "có" trong tương lai gần. Nina Tandon khám phá khả năng này bằng cách tìm hiểu cách mà xương phát triển bên trong cơ thể và giải thích cách mà các nhà khoa học sẽ tái hiện quá trình đó trong phòng thí nghiệm.

Bài giảng bởi Nina Tandon, minh họa bởi Giant Animation Studios.

Bạn có thể phát triển xương người
ở bên ngoài cơ thể không?

Câu trả lời sẽ là "có"
trong tương lai gần.

Nhưng trước khi hiểu tại sao,

ta cần biết cách mà xương
phát triển tự nhiên trong cơ thể.

Phần lớn xương bắt đầu phát triển
từ giai đoạn bào thai

từ sụn mềm và linh hoạt.

Tế bào hình thành xương thay thế cho sụn
bằng một mạng lưới các khoáng chất

tạo thành từ các nguyên tố
như Canxi và Photpho

Mạng tinh thể này dần rắn chắc
khi nguyên bào xương

-một loại tế bào được biệt hóa
để tạo thành xương-

tạo ra thêm khoáng chất,
tăng độ cứng cho xương.

Vì mạng tinh thể này
không được tạo bởi các tế bào sống,

nên mạng lưới của mạch máu,
dây thần kinh và những mô sống khác

phát triển nhờ vào các kênh và đường
đặc biệt.

Và trong suốt quá trình phát triển,

quân đội nguyên bào xương
củng cố khung xương

để bảo vệ các bào quan,
cho phép chúng ta cử động,

sản sinh tế bào máu và nhiều hơn nữa.

Nhưng chỉ một mình
quá trình xây dựng ban đầu này

thì chưa đủ để làm xương chắc khỏe
và hoạt động hiệu quả.

Nếu lấy một đoạn xương
được tạo ra bằng cách này

rồi gắn cơ vào nó,

và cố gắng dùng nó để nâng một vật nặng,

thì xương sẽ bị gãy do áp lực.

Điều này không thường xuyên xảy ra

vì các tế bào của chúng ta
được củng cố liên tục

và tạo ra xương
bất cứ chỗ nào cần sử dụng.

Đó được gọi là định luật Wolff.

Tuy nhiên, nguồn xương chỉ có hạn,

và những đoạn xương mới và chắc khỏe này

chỉ có thể được hình thành
khi có đủ vật liệu tạo xương.

May mắn là nguyên bào xương
- tế bào xây dựng-

có bản sao gọi là tế bào hủy xương
-tế bào tái chế.

TB hủy xương phá vỡ các mạng tinh thể thừa
bằng cách sử dụng axit và enzym

để khiến nguyên bào xương
có thể nhận thêm nguyên liệu.

Một trong những lí do mà các phi hành gia
phải luyện tập thật nhiều trong quỹ đạo

là bởi sự thiếu áp lực lên xương
khi rơi tự do.

Theo như định luật Wolff,

điều đó khiến cho tế bào hủy xương
hoạt động mạnh hơn nguyên bào xương,

tạo ra sự thiếu hụt
trong khối lượng và sự rắn chắc của xương.

Khi xương bị gãy,
cơ thể của bạn có khả năng kì diệu

để tái tạo lại phần bị tổn thương
về trạng thái ban đầu.

Một vài trường hợp,
giống như loại bỏ ung thư

các chấn thương và khiếm khuyết về gen

vượt quá khả năng tự tái tạo
của cơ thể.

Trong lịch sử,
người ta làm đầy chỗ trống bằng kim loại,

xương động vật

hoặc những mẩu xương từ người hiến tặng,

nhưng không có cái nào trong đó là tối ưu
vì chúng có thể gây nhiễm trùng

hoặc bị đào thải bởi hệ miễn dịch.

Và chúng hoạt động không hoàn chỉnh
như một bộ xương khỏe mạnh.

Cách giải quyết tốt nhất là
tạo xương từ chính tế bào của bệnh nhân,

điều chỉnh theo hình dạng chính xác
của chỗ trống,

đó là những gì các nhà khoa học
cố gắng làm.

Nó như thế đây:

Đầu tiên, các bác sĩ tách tế bào gốc
ra khỏi mô mỡ của bệnh nhân

và chụp CT để đo kích thước
chỗ xương bị mất.

Sau đó họ tạo ra mẫu y hệt
hình dạng chỗ trống,

dùng bằng máy in 3D

hoặc bằng xương bò bỏ xenlulô.

Những cái xương này
là nơi tất cả các tế bào được tách ra,

chỉ để lại mạng khoáng chất
như miếng bọt biển.

Sau đó họ cho tế bào gốc của bệnh nhân
vào mạng khoáng chất này

và đặt nó trong hệ thống Bioreactor,

một thiết bị mô phỏng
tất cả các điều kiện bên trong cơ thể.

Nhiệt độ, độ ẩm, tính axit
và thành phần dinh dưỡng

tất cả cần ở điều kiện tốt ưu
để tế bào gốc biệt hóa

thành các nguyên bào xương
và các tế bào khác,

chiếm lấy mạng khoáng chất,

và biến nó thành mô sống.

Nhưng còn thiếu một thứ.

Bạn nhớ định luật Wolff chứ?

Xương nhân tạo
cần trải qua các áp lực thực tế,

nếu không nó sẽ trở nên yếu và giòn.

Nên Bioreactor
liên tục bơm dịch xung quanh xương

và áp lực khiến cho
nguyên bào xương tăng thêm mật độ.

Kết hợp tất cả lại với nhau
trong vòng 3 tuần,

và giờ xương đã sẵn sàng
xuất ra khỏi Bioreactor

để cấy ghép vào bệnh nhân.

Dù vẫn chưa chắc rằng cách này
ứng dụng lên con người không,

xương nhân tạo
đã được cấy ghép thành công trên lợn

và những động vật khác.

Thử nghiệm trên người
có thể sẽ đươc tiến hành vào đầu năm 2016.