How to grow a bone - Nina Tandon

Μετάφραση: Chrystalleni Hadjicharalambous Επιμέλεια: Natalia Savvidi

Can you grow a human bone outside the human body?

Μπορεί ένα ανθρώπινο οστό να αναπτυχθεί έξω από το σώμα;

The answer may soon be yes,

Η απάντηση μπορεί να είναι σύντομα «ναι»,

but before we can understand how that's possible,

αλλά πριν δούμε πως αυτό είναι δυνατόν,

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

χρειάζεται να δούμε πως τα οστά μεγαλώνουν φυσικά μέσα στο σώμα.

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

Τα περισσότερα οστά σχηματίζονται στο έμβρυο ως μαλακός, ευλύγιστος χόνδρος.

Κύτταρα που φτιάχνουν οστό, αντικαθιστούν τον χόνδρο

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

με ένα σπογγώδες πλέγμα από μεταλλικά στοιχεία, όπως ασβέστιο και φώσφορο.

made of elements like calcium and phosphate.

This lattice gets harder, as osteoblasts,

Το πλέγμα σκληραίνει καθώς οι οστεοβλάστες,

which are specialized bone-forming cells,

ειδικά κύτταρα που σχηματίζουν οστό,

deposit more mineral, giving bones their strength.

αποθέτουν περισσότερα μέταλλα, προσδίδοντας οστική δύναμη.

While the lattice itself is not made of living cells,

Παρόλο που το πλέγμα δεν αποτελείται από ζωντανά κύτταρα,

networks of blood vessels, nerves and other living tissues

δίκτυα αιμοφόρων αγγείων, νεύρων και άλλων ζωντανών ιστών

grow through special channels and passages.

αναπτύσσονται μέσα σε ειδικά κανάλια.

And over the course of development,

Και κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης,

a legion of osteoblasts reinforce the skeleton

μια λεγεώνα οστεοβλαστών ενδυναμώνει τον σκελετό

that protects our organs, allows us to move,

που προστατεύει τα όργανα μας, επιτρέπει την κίνηση,

produces blood cells and more.

παράγει αιμοσφαίρια και άλλα.

But this initial building process alone

Αλλά αυτή η διαδικασία από μόνη της,

is not enough to make bones strong and functional.

δεν είναι αρκετή για να κάνει τα οστά ισχυρά και λειτουργικά.

If you took a bone built this way,

Εάν πάρετε ένα οστό που φτιάχτηκε έτσι,

attached muscles to it,

του κολλήσετε μύες,

and tried to use it to lift a heavy weight,

και προσπαθήσετε να σηκώσετε ένα μεγάλο βάρος μ' αυτό,

the bone would probably snap under the strain.

το οστό πιθανότατα θα σπάσει από την πίεση.

This doesn't usually happen to us

Αυτό δεν συμβαίνει συχνά σε εμάς

because our cells are constantly reinforcing

επειδή τα κύτταρά μας συνεχώς ενισχύουν

and building bone wherever they're used,

και φτιάχνουν οστό όπου χρειάζεται,

a principle we refer to as Wolff's Law.

μια αρχή που ονομάζουμε νόμο του Βολφ.

However, bone materials are a limited resource

Παρόλα αυτά, τα συστατικά των οστών είναι περιορισμένα

and this new, reinforcing bone

και το νέο ισχυρό οστό

can be formed only if there is enough material present.

μπορεί να σχηματιστεί μόνο εάν υπάρχει αρκετό υλικό.

Fortunately, osteoblasts, the builders,

Ευτυχώς, οι οστεοβλάστες που χτίζουν οστό

have a counterpart called osteoclasts, the recyclers.

έχουν το αντίβαρό τους, τους οστεοκλάστες - τους ανακυκλωτές.

Osteoclasts break down the unneeded mineral lattice using acids and enzymes

Οι οστεοκλάστες διασπούν με οξέα και ένζυμα το περιττό μεταλλικό πλέγμα

so that osteoblasts can then add more material.

έτσι ώστε οι οστεοβλάστες να μπορούν να προσθέσουν υλικό.

One of the main reasons astronauts must exercise constantly in orbit

Ένας κύριος λόγος που οι αστροναύτες πρέπει να ασκούνται συνεχώς σε τροχιά

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

είναι η έλλειψη σκελετικής τάσης σε ελεύθερη πτώση.

As projected by Wolff's Law,

Όπως προβλέπεται από το νόμο του Βολφ,

that makes osteoclasts more active than osteoblasts,

αυτό κάνει τους οστεοκλάστες πιο ενεργούς από τους οστεοβλάστες,

resulting in a loss of bone mass and strength.

με αποτέλεσμα την απώλεια της οστικής μάζας και δύναμης.

When bones do break, your body has an amazing ability

Όταν όντως σπάνε τα οστά, το σώμα σας έχει μια καταπληκτική ικανότητα

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

να ανακατασκευάζει το τραυματισμένο οστό ως εάν το σπάσιμο δεν είχε συμβεί ποτέ.

Certain situations, like cancer removal,

Ορισμένες καταστάσεις, όπως η αφαίρεση καρκίνου,

traumatic accidents,

τραυματικά ατυχήματα,

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

και γενετικές ανωμαλίες, υπερβαίνουν τη ικανότητα του σώματος για επισκευή.

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

Ιστορικά, οι λύσεις συμπεριλάμβαναν το γέμισμα των οπών με μέταλλο,

animal bones,

οστά ζώων,

or pieces of bone from human donors,

ή κομμάτια οστών από ανθρώπινους δότες,

but none of these are optimal as they can cause infections

αλλά κανένα από αυτά δεν είναι ιδανικό, καθώς μπορούν να προκαλέσουν μολύνσεις

or be rejected by the immune system,

ή να απορριφθούν από το ανοσοποιητικό σύστημα,

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

και δεν μπορούν να διεξάγουν όλες τις λειτουργίες των υγιών οστών.

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

Ιδανική λύση θα ήταν να αναπτυχθεί οστό από τα κύτταρα του ίδιου του ασθενούς

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

προσαρμοσμένο στο ακριβές σχήμα της οπής,

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

και αυτό ακριβώς οι επιστήμονες προσπαθούν να κάνουν τώρα.

Here's how it works.

Να πως δουλεύει.

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

Πρώτα, οι γιατροί παίρνουν βλαστοκύτταρα από το λιπώδη ιστό του ασθενούς

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

και με τομογραφία καθορίζουν τις ακριβείς διαστάσεις του ελλίποντος οστού.

They then model the exact shape of the hole,

Στη συνέχεια, φτιάχνουν το ακριβές μοντέλο της οπής,

either with 3D printers,

είτε με τρισδιάστατους εκτυπωτές,

or by carving decellularized cow bones.

ή με αποκυτταριωμένο οστό αγελάδας.

Αυτά είναι οστά, απ' όπου έχουν αφαιρεθεί όλα τα κύτταρα

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

leaving only the sponge-like mineral lattice.

και έμεινε μόνο το σπογγώδες μεταλλικό πλέγμα.

Στη συνέχεια προσθέτουν τα βλαστοκύτταρα του ασθενούς στο πλέγμα

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

and place it in a bioreactor,

και τα τοποθετούν σε ένα βιοαντιδραστήρα,

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

μια συσκευή που προσομοιώνει τις συνθήκες που επικρατούν στο εσωτερικό του σώματος.

Temperature, humidity, acidity and nutrient composition

Η θερμοκρασία, η υγρασία, η οξύτητα και τα θρεπτικά συστατικά,

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

όλα πρέπει να είναι σωστά για να διαφοροποιηθούν τα βλαστοκύτταρα

into osteoblasts and other cells,

σε οστεοβλάστες και άλλα κύτταρα,

colonize the mineral lattice,

να αποικίσουν το μεταλλικό πλέγμα,

and remodel it with living tissue.

και να το ανακατασκευάσουν με ζωντανό ιστό.

But there's one thing missing.

Αλλά υπάρχει κάτι που λείπει.

Remember Wolff's Law?

Θυμάστε το νόμο του Βολφ;

An artificial bone needs to experience real stress,

Ένα τεχνητό οστό πρέπει να βιώσει πραγματικό στρες,

or else it will come out weak and brittle,

αλλιώς θα βγει αδύναμο και εύθραυστο,

so the bioreactor constantly pumps fluids around the bone,

και έτσι ο βιοαντιδραστήρας συνεχώς διοχετεύει υγρά γύρω από το οστό,

and the pressure tells the osteoblasts to add bone density.

και η πίεση «λέει» στους οστεοβλάστες να προσθέσουν οστική πυκνότητα.

Put all of this together, and within three weeks,

Βάλτε όλα αυτά μαζί , και μέσα σε τρεις εβδομάδες,

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

το ζωντανό πλέον οστό μπορεί να βγει από το βιοαντιδραστήρα

and to be implanted into the patient's body.

και να εμφυτευθεί στο σώμα του ασθενούς.

Ενώ δεν είναι ακόμη βέβαιο ότι η μέθοδος αυτή θα λειτουργήσει για ανθρώπους,

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

lab grown bones have already been successfully implanted in pigs

όστα ανεπτυγμένα στο εργαστήριο έχουν ήδη εμφυτευθεί επιτυχώς

σε γουρούνια και άλλα ζώα,

and other animals,

και δοκιμές σε ανθρώπους μπορεί να αρχίσουν μέσα στο 2016.

and human trials may begin as early as 2016.