How to grow a bone - Nina Tandon

المترجم: Ahmad Jarbou المدقّق: Aya Soliman

Can you grow a human bone outside the human body?

هل باستطاعتك أن تنمِّي عظمَ إنسانٍ خارج الجسم البشري ؟

The answer may soon be yes,

قد تكون الإجابة قريبًا: نعم،

but before we can understand how that's possible,

لكن قبل أن نفهم كيف يكون ذلك ممكناً ،

we need to look at how bones grow naturally inside the body.

علينا أن نفهم كيف تنمو العظام بشكل طبيعي داخل الجسم .

Most bones start in a growing fetus as a soft, flexible cartilage.

معظم العظام يبدأ تشكلها داخل الجنين الآخذ بالنمو كنسيج غضروفي مرن .

Bone-forming cells replace the cartilage with a spongy mineral lattice

تقوم الخلايا المكوِّنة للعظم باستبدال الغضروف بشبكة إسفنجية دقيقة من المعادن

made of elements like calcium and phosphate.

مؤلفة من عناصر كالكالسيوم والفوسفات.

This lattice gets harder, as osteoblasts,

هذه الشبكة الدقيقة تصبح أقوى ، عندما تقوم

which are specialized bone-forming cells,

بانيات العظم وهي خلايا متخصصة بتكوين العظم ،

deposit more mineral, giving bones their strength.

بترسيب المزيد من المعادن معطيةً للعظام قوَّتها .

While the lattice itself is not made of living cells,

في حين أن الشبكة الدقيقة نفسها لا تتكون من خلايا حية ،

networks of blood vessels, nerves and other living tissues

فإن شبكات من الأوعية الدموية والأعصاب وأنسجة حية أخرى

grow through special channels and passages.

تنمو داخل قنوات و ممرات خاصة.

And over the course of development,

وعلى مدى هذا النمو،

a legion of osteoblasts reinforce the skeleton

فإن حشداً من بانيات العظم يعزِّز هيكلنا العظمي

that protects our organs, allows us to move,

الذي يحمي أعضاءنا ، يمكّننا من التحرك ،

produces blood cells and more.

ينتج خلايا الدم في أجسادنا ، ويقوم بمهام أخرى .

But this initial building process alone

ولكن عملية البناء الأولية هذه وحدها

is not enough to make bones strong and functional.

ليست كافية لجعل العظام قوية وفاعلة .

If you took a bone built this way,

فإن أخذت عظماً تشكل بهذه الطريقة،

attached muscles to it,

وربطته بالعضلات ،

and tried to use it to lift a heavy weight,

وحاولت استخدامه لرفع وزن ثقيل ،

the bone would probably snap under the strain.

فغالباً سيتهشَّم تحت وطأة هذا الجهد .

This doesn't usually happen to us

هذا لا يحدث لنا عادةً

because our cells are constantly reinforcing

لأنَّ خلايانا تبني وتعزِّز بناء العظام بشكل ثابت

and building bone wherever they're used,

في أي مكان من الهيكل العظمي ،

a principle we refer to as Wolff's Law.

وهو المبدأ الذي ندعوه بـ ( قانون وولف ) .

However, bone materials are a limited resource

على أي حال ، فإن المواد الأساسية للعظام محدودة المصدر

and this new, reinforcing bone

وهذا العظم الجديد المدعِّم

can be formed only if there is enough material present.

يتم تشكله فقط عند توافر المواد الأساسية

Fortunately, osteoblasts, the builders,

لحسن الحظ فإن بانيات العظم ،

have a counterpart called osteoclasts, the recyclers.

لديها نظيرتها الهادمة للعظم . "المُرممات"

Osteoclasts break down the unneeded mineral lattice using acids and enzymes

تفكك هادمات العظم الشبكات الدقيقة التي لا حاجة لها باستخدام الأحماض والإنزيمات

so that osteoblasts can then add more material.

وبذلك تصبح بانيات العظم قادرة على إضافة مادة عظمية جديدة .

One of the main reasons astronauts must exercise constantly in orbit

من أهم الأسباب التي تحتم على رواد الفضاء التدرب باستمرار في الفضاء

is due to the lack of skeletal strain in free fall.

هو نقص الجهد الذي يقوم به الهيكل العظمي في حالة انعدام الوزن.

As projected by Wolff's Law,

كما هو منصوص عليه في قانون وولف ،

that makes osteoclasts more active than osteoblasts,

فإن هادمات العظم أكثر نشاطاً من بانيات العظم

resulting in a loss of bone mass and strength.

ويتسبب هذا بخسارة في كتلة العظام وقوّتها

When bones do break, your body has an amazing ability

عندما تتعرض العظام لكسر ، فإن الجسم له قدرة عجيبة

to reconstruct the injured bone as if the break had never happened.

على إعادة بنائها وكأن الكسر لم يحدث أبداً

Certain situations, like cancer removal,

بعض الحالات المعيّنة ، كاسئتصال ورم سرطاني

traumatic accidents,

حوادث الصدمات,

and genetic defects exceed the body's natural ability for repair.

والعيوب الوراثية التي تتجاوز قدرة الجسم على الإصلاح

Historical solutions have included filling in the resulting holes with metal,

بعض الحلول تاريخياً تضمنت ملء الفراغ الناتج بالمعادن,

animal bones,

عظام الحيوانات

or pieces of bone from human donors,

أو أجزاء عظمية من متبرعين بشريين

but none of these are optimal as they can cause infections

ولكن لا يُعد أي من هذا حلاً مثالياً ، حيث يمكن أن يتسبب بعدوى

or be rejected by the immune system,

أو أن يتم رفضه من قبل الجهاز المناعي ،

and they can't carry out most of the functions of healthy bones.

كما لا يمكن لهذه البدائل أن تقوم بأغلب الوظائف التي يقوم بها العظم الصحيح

An ideal solution would be to grow a bone made from the patient's own cells

هناك حل مثالي يقترح إنماء عظم تم تشكيله من خلايا المريض نفسه

that's customized to the exact shape of the hole,

ويكون مُخصص بالضبط على شكل وحجم الفراغ الناجم

and that's exactly what scientists are currently trying to do.

وهذا بالضبط ما يحاول العلماء فعله حاليًا.

Here's how it works.

انظر كيف يحدث ذلك.

First, doctors extract stem cells from a patient's fat tissue

أولاً ، يقوم الأطباء باستخلاص خلايا جزعية من النسيج الدهني للمريض

and take CT scans to determine the exact dimensions of the missing bone.

وإجراء تصوير طبقي محوري لتحديد الأبعاد الدقيقة للفراغ العظمي

They then model the exact shape of the hole,

ثم يقومون بعمل نموذج يتناسب مع شكل هذا الفراغ

either with 3D printers,

إما بطابعات ثلاثية الأبعاد

or by carving decellularized cow bones.

أو بنحت عظام غير خلوية مأخوذة من الأبقار .

Those are the bones where all of the cells have been stripped away,

وهي عظام تم إزالة كل الخلايا الحية منها

leaving only the sponge-like mineral lattice.

وتبقى فقط الشبكة المعدنية الإسفنجية

They then add the patient's stem cells to this lattice

ثم يقوم الأطباء بإضافة خلايا المريض الجزعية إلى هذه الشبكة

and place it in a bioreactor,

ووضعها في مفاعل حيوي

a device that will simulate all of the conditions found inside the body.

وهو جهاز يؤمن كل الظروف الحيوية الموجودة داخل الجسم .

Temperature, humidity, acidity and nutrient composition

الحرارة والرطوبة ودرجة الحموضة والدعم الغذائي

all need to be just right for the stem cells to differentiate

وكل الاحتياجات التي تحتاجها الخلايا الجذعية لتتحول

into osteoblasts and other cells,

إلى خلايا بانيات للعظم وخلايا أخرى ،

colonize the mineral lattice,

تشكل مستعمرات في الشبكة المعدنية

and remodel it with living tissue.

وتعيد تنظيمها مع النسيج الحي

But there's one thing missing.

ولكن مازال هناك شيء ناقص،

Remember Wolff's Law?

هل تذكر قانون وولف ؟

An artificial bone needs to experience real stress,

العظم المصنوع يحتاج أن يتعرض لجهد حقيقي

or else it will come out weak and brittle,

وإلا فسيصبح ضعيفاً وهشاً

so the bioreactor constantly pumps fluids around the bone,

لذا يقوم المفاعل الحيوي بضخ السوائل باستمرار حول العظم ،

and the pressure tells the osteoblasts to add bone density.

والضغط الناتج عن ضخ السوائل يحفّز بانيات العظم على زيادة الكثافة العظمية

Put all of this together, and within three weeks,

ضع كل هذه الأشياء معاً ، وخلال 3 أسابيع ،

the now living bone is ready to come out of the bioreactor

يصبح العظم الحي الحالي جاهزاً لإخراجه من المفاعل

and to be implanted into the patient's body.

وزرعه في جسد المريض

While it isn't yet certain that this method will work for humans,

في حين لم يتم التأكد بعد إذا كانت هذه الطريقة يمكن تطبيقها على البشر ،

lab grown bones have already been successfully implanted in pigs

فإن العظام المنمّاة في المعامل قد تم زراعتها بنجاح في الخنازير

and other animals,

وحيوانات أخرى ،

and human trials may begin as early as 2016.

والتجارب على الإنسان قد تبدأ في مطلع العام 2016 .