Return to Video

如何培育骨頭？－尼娜·坦登

  • 0:07 - 0:10
    我們是否能在人體外培養骨頭呢？
  • 0:10 - 0:12
    在不久以後，這極可能成真，
  • 0:12 - 0:15
    在了解這可能性之前
    我們應該先看一下，
  • 0:15 - 0:19
    骨頭如何在人體中自然的生長。
  • 0:19 - 0:24
    在胎兒時期，大多數的骨頭是柔軟
    且富有彈性的軟骨。
  • 0:24 - 0:28
    製造骨頭的細胞以鈣和
    磷酸鹽所組成的
  • 0:28 - 0:31
    海綿狀礦物晶格取代軟骨。
  • 0:31 - 0:33
    造骨細胞，
    是一種專門製造骨頭的細胞，
  • 0:33 - 0:36
    能使更多的礦物質沉積，
    讓晶格變的更硬，
  • 0:36 - 0:39
    賦予骨頭強度和韌性。
  • 0:39 - 0:42
    雖然晶格本身
    不是由活的細胞所組成，
  • 0:42 - 0:45
    但由血管、神經及
    其他活的組織所構成的網絡
  • 0:45 - 0:48
    皆通過其建構的特殊通路及通道。
  • 0:48 - 0:49
    而在整個成長的過程當中，
  • 0:49 - 0:52
    眾多的造骨細胞強化了骨骼
  • 0:52 - 0:55
    保護內臟，讓我們能活動，
  • 0:55 - 0:57
    製造血球等等。
  • 0:57 - 1:00
    但是光靠造骨這項最初的功能
  • 1:00 - 1:03
    並不足以讓骨頭
    變得強韌且具功能性。
  • 1:03 - 1:05
    假設你用這樣製造的骨頭，
  • 1:05 - 1:07
    加上肌肉，
  • 1:07 - 1:09
    然後試著舉一重物，
  • 1:09 - 1:13
    骨頭可能會在應變的作用下斷裂。
  • 1:13 - 1:15
    然而這卻不常發生在我們身上
  • 1:15 - 1:17
    因為我們的細胞會不斷的強化
  • 1:17 - 1:20
    在使用過的地方製造新的骨頭，
  • 1:20 - 1:23
    這就是我們所謂的沃爾夫定律。
  • 1:23 - 1:26
    然而，用來製造骨頭
    的材料來源卻是有限的
  • 1:26 - 1:28
    所以，這全新加強版的骨頭
  • 1:28 - 1:33
    要有充足的材料下才能形成。
  • 1:33 - 1:36
    還好，負責製造骨頭的造骨細胞
  • 1:36 - 1:40
    有個功能相反，
    專職回收的破骨細胞。
  • 1:40 - 1:45
    破骨細胞以酸和酵素酶
    將無用的礦物晶格拆解
  • 1:45 - 1:48
    這樣就可以提供
    更多原料給造骨細胞。
  • 1:48 - 1:52
    而太空人為何
    要在太空軌道中不斷運動的主因
  • 1:52 - 1:57
    是因為在無重力狀態下
    骨骼缺乏應力作用。
  • 1:57 - 1:59
    如沃爾夫定律所示，
    在缺乏應力作用的情況下
  • 1:59 - 2:03
    破骨細胞會比造骨細胞要來的活躍，
  • 2:03 - 2:06
    會造成骨質密度和骨頭強度的流失。
  • 2:06 - 2:09
    當骨頭斷裂，
    你的身體有個驚人的機制
  • 2:09 - 2:14
    將破損的骨頭修復，
    就像斷裂從未發生。
  • 2:14 - 2:17
    但是像一些特殊情況，如癌症切除，
  • 2:17 - 2:18
    創傷，或是基因缺陷所造成的傷害，
  • 2:18 - 2:23
    超過身體自我修復的能力。
  • 2:23 - 2:27
    過去用來填充骨頭破洞的物質
    包括金屬、
  • 2:27 - 2:29
    動物的骨頭，
  • 2:29 - 2:32
    或捐贈者的部分骨頭，
  • 2:32 - 2:35
    但這些都不是最佳的方案，
    因可能造成感染
  • 2:35 - 2:38
    或被患者的免疫系統排斥，
  • 2:38 - 2:41
    或不能執行健康骨頭的大部分任務。
  • 2:41 - 2:46
    最理想的方法是
    用患者本身的細胞培育骨頭
  • 2:46 - 2:50
    專門為骨頭破洞形狀製作的。
  • 2:50 - 2:54
    這正是科學家們在嘗試的作法。
  • 2:54 - 2:56
    作法如下。
  • 2:56 - 3:00
    首先，醫生們將病人的
    幹細胞從脂肪組織取出
  • 3:00 - 3:05
    用斷層掃描來確認
    骨頭破損部位的尺寸大小。
  • 3:05 - 3:08
    用得到的尺寸製造模型，
  • 3:08 - 3:09
    用 3D 列印的技術，
  • 3:09 - 3:12
    或是雕刻脫細胞的牛骨。
  • 3:12 - 3:15
    就是將全部細胞脫除後的骨頭，
  • 3:15 - 3:18
    留下如海綿狀的礦物晶格。
  • 3:18 - 3:21
    接著，
    他們將患者的幹細胞加在晶格上，
  • 3:21 - 3:23
    將它們放入生物反應器中，
  • 3:23 - 3:28
    一種可模擬體內
    各種環境條件的機器。
  • 3:28 - 3:31
    溫度、濕度、酸度和營養成分
  • 3:31 - 3:35
    都必須調整到剛剛好，
    適合幹細胞進行分化
  • 3:35 - 3:37
    成為造骨細胞和其他細胞，
  • 3:37 - 3:39
    在晶格上生長，
  • 3:39 - 3:42
    再用活的細胞組織來塑造。
  • 3:42 - 3:44
    但我們遺漏了一件事。
  • 3:44 - 3:45
    還記得沃爾夫定律嗎？
  • 3:45 - 3:48
    人造骨頭必須經歷真正的壓力，
  • 3:48 - 3:51
    要不然只會變得脆弱易碎，
  • 3:51 - 3:55
    所以生物反應器
    會持續在骨頭周圍灌入液體，
  • 3:55 - 3:59
    製造出的壓力
    讓造骨細胞增進骨頭密度，
  • 3:59 - 4:02
    把所有加在一起，約等 3 週，
  • 4:02 - 4:05
    活體骨頭在反應器中
    已準備好被取出。
  • 4:05 - 4:08
    移植到患者的體內。
  • 4:08 - 4:12
    雖然未能確認此方法
    是否適用於人體，
  • 4:12 - 4:15
    實驗室培養的骨頭
    已成功移植在豬
  • 4:15 - 4:17
    以及其他動物的身上，
  • 4:17 - 4:21
    預計最早會在 2016 年進行人體實驗
Title:
如何培育骨頭？－尼娜·坦登
Description:

究竟能不能在人體外培養一個人類的骨頭呢？答案很快就會是肯定的。尼娜·坦登探討在體外培養人類骨頭的可能性。從研究骨頭如何在人體內生長，她揭示科學家希望將培育過程複製於實驗室中。

課程內容：尼娜·坦登， 動畫製作：巨人動畫工作室
more » « less
Video Language:
English
Team:
closed TED
Project:
TED-Ed
Duration:
04:37

Chinese, Traditional subtitles

Revisions

Our website uses cookies for analysis purposes.