How to grow a bone - Nina Tandon

Translator: soheila Jafari Reviewer: Leila Ataei

Can you grow a human bone outside the human body?

آیا می‌توانید استخوان یک انسان را خارج از بدن او رشد دهید؟

The answer may soon be yes,

شاید پاسخ خیلی زود بله بشود،

but before we can understand how that's possible,

اما قبل از اینکه بفهمیم که چگونه ممکن خواهد بود،

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

نیاز داریم بدانیم استخوان بطور طبیعی چگونه در درون بدن رشد می‌کند.

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

شروع بیشتر استخوانها در جنین در حال رشد بصورت غضروف نرم و قابل انعطاف است.

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

سلول‌های شکل دهنده استخوان غضروف را جایگزین شبکه اسفنجی از مواد معدنی می‎کند

made of elements like calcium and phosphate.

که از عنصرهای کلسیم و فسفات ساخته شده.

This lattice gets harder, as osteoblasts,

این شبکه به عنوان استئوبلاست سخت‎تر می‌شود،

which are specialized bone-forming cells,

که سلولهای تخصصی تشکیل دهنده استخوان‎اند،

deposit more mineral, giving bones their strength.

گذاشتن مواد معدنی بیشتر، به استخوان‌های قدرت بیشتری می‌دهد

While the lattice itself is not made of living cells,

در حالی که خود شبکه از سلول‌های زنده تشکیل نشده،

networks of blood vessels, nerves and other living tissues

شبکه رگ‌های خونی، اعصاب و دیگر بافت‌ها

grow through special channels and passages.

از ط‎یق کانال و معابر ویژه‎‎ای صورت می‌گیرد.

And over the course of development,

و در دوره رشد،

a legion of osteoblasts reinforce the skeleton

سپاهی از استئوبلاست‌ها اسکلت بدن را تقویت می‌کنند

that protects our organs, allows us to move,

که اندام‌های ما را حفاظت می‌کنند و به ما اجازه حرکت می‌دهد،

produces blood cells and more.

سلول‌های خونی را می‌سازند و غیره.

But this initial building process alone

اما این فرآیند حیاتی سازننده به تنهایی

is not enough to make bones strong and functional.

برای ساختن استخوان قوی توانمند کافی نیست.

If you took a bone built this way,

اگر شما به استخوانی که بدین شکل ساخته شده نگاه کنید،

attached muscles to it,

ماهیچه‌ها به آن متصل‌هستند،

and tried to use it to lift a heavy weight,

و تلاش می‌کند برای بلند کردن یک وزن سنگین از این استفاده کند،

the bone would probably snap under the strain.

و احتمالا استخوان تحت فشار این ضربه می‌بیند.

This doesn't usually happen to us

معمولا این برای ما اتفاق نمی‌افتد

because our cells are constantly reinforcing

زیرا سلول‌های ما بطور مدام آن را تقویت می‌کنند

and building bone wherever they're used,

و در هرکجا استخوان‌ها استفاده شوند آنها را می‌سازند،

a principle we refer to as Wolff's Law.

یک اصل هست که ما به عنوان قانون ولف می‌شناسیم.

However, bone materials are a limited resource

با این حال، مواد استخوان منابع محدودی دارد

and this new, reinforcing bone

و این تقویت کننده استخوان

can be formed only if there is enough material present.

تنها در حالتی می‌تواند شکل گیرد که مواد کافی وجود داشته باشد.

Fortunately, osteoblasts, the builders,

خوشبختانه، استئوبلاست، سازنده‌هایی هستند

have a counterpart called osteoclasts, the recyclers.

یک همتا به نام استئوکلاست دارند که بازیافت کننده می‌باشند.

Osteoclasts break down the unneeded mineral lattice using acids and enzymes

استنوکلاست شبکه‎های معدنی زائد با استفاده از اسید و آنزیم را می‌شکند

so that osteoblasts can then add more material.

که استوبلاست‌ها می‌توانند مواد معدنی بیشتری به شبکه‎ها اضافه کند.

One of the main reasons astronauts must exercise constantly in orbit

یکی از دلایل اصلی که فضانوردان باید به طور مداوم در مدار ورزش کنند

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

عدم فشاراسکلتی در سقوط آزاد است.

As projected by Wolff's Law,

همانطور که قانون ولف بینی کرده

that makes osteoclasts more active than osteoblasts,

این باعث می شود استئوکلاست‌ها فعال تر از استئوبلاست‌ها شوند،

resulting in a loss of bone mass and strength.

نتیجه آن از دست دادن توده استخوانی و استحکام استخوان‌ها می‌شود.

When bones do break, your body has an amazing ability

هنگامی که استخوان می‌شکند، بدن شما توانایی شگفت انگیزی

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

برای بازسازی استخوان آسیب دیده دارد مثل اینکه هرگز استخوان شما شکسته نشده.

Certain situations, like cancer removal,

شرایط خاصی، مانند برداشت بخش سرطانی استخوان،

traumatic accidents,

حوادث پس از سانحه،

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

و نقایص ژنتیکی از توانایی طبیعی بدن برای بازسازی فراتر هستند.

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

راه حل های قدیمی مانند پر کردن سوراخ ایجاد شده با فلز،

animal bones,

یا استخوان حیوانات،

or pieces of bone from human donors,

و یا جایگزین کردن تکه‎های استخوان از اهدا کنندگان انسانی هستند،

but none of these are optimal as they can cause infections

اما هیچ یک از اینها مطلوب نیستند زیرا می‎تواند باعث عفونت شوند

or be rejected by the immune system,

و یا توسط سیستم ایمنی بدن پس زده شوند،

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

و نمی‎توانند بیشترین استفاده را از استخوان‌های سالم داشته باشند.

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

یک راه حل ایده‌آل رشد استخون از سلول‌های خود بیمار هست

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

که به شکل دقیقی برای پر کردن سوراخی که ایجاد شده رشد داده شود،

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

و این دقیقا کاری‌ است که دانشمندان در حال حاضرتلاش می‌کنندانجام دهند.

Here's how it works.

نحوه کار این است.

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

ابتدا، دکتر سلول‌های بنیادی را از بافت‌های بیمار بر می‌دارند

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

و برای تعیین دقیق ابعاد استخوان از دست داده شده سی تی اسکن می‌کنند.

They then model the exact shape of the hole,

سپس سوراخ ایجاد شده در استخوان را دقیقا مدل سازی می‎کنند،

either with 3D printers,

یا با پرینتر سه بعدی،

or by carving decellularized cow bones.

یا کندکاری برروی استخوان گاوی می‎کنند که دی سلولارزید شده‌اند (پوسته سطح سلول‌ کشته شده) .

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

اینها استخوانهایی هستند که سلولهایشان تمام خالی شده‎اند،

leaving only the sponge-like mineral lattice.

تنها شبکه‎های معدنی اسفنج مانند باقی مانده‎اند.

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

آنها سپس سلولهای بنیادی بیمار را به شبکه اضافه می‎کنند

and place it in a bioreactor,

و آن را در بیورآکتورهای قرار می‌دهند،

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

و این دستگاه تمامی شرایط داخل بدن را ایجاد می‎کند.

Temperature, humidity, acidity and nutrient composition

گرما، رطوبت، اسیدیتی و ترکیب‌های غذایی

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

مورد نیاز برای اینکه سلول بنیادی به سلولهای استئوبلاست‌ها و سلولهای دیگر

into osteoblasts and other cells,

مشتق شوند را فراهم می‎کند،

colonize the mineral lattice,

و شبکه مواد معدنی را زیاد می‎کند،

and remodel it with living tissue.

و با سلو‌لهای زنده دوباره مد‌ل سازی می‌کند.

But there's one thing missing.

اما یک چیز اینجا کم هست.

Remember Wolff's Law?

قانون ولف را به خاطر بیاورید؟

An artificial bone needs to experience real stress,

یک استخوان مصنوعی نیاز دارد که فشار واقعی را تجربه کند،

or else it will come out weak and brittle,

یا در غیر اینطورت ضعیف و شکننده خواهد بود،

so the bioreactor constantly pumps fluids around the bone,

خُب بیورآکتور بطور مداوم مایعات را در اطراف استخوان پمپ می‌کند،

and the pressure tells the osteoblasts to add bone density.

و برای اضافه کردن تراکم استخوان فشاربر روی استئوبلاست می‌اورد.

Put all of this together, and within three weeks,

قرار دادن همه اینها در کنار هم، و در طی سه هفته،

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

استخوان زنده آماده است تا به بیرون بیورآکتور برود

and to be implanted into the patient's body.

و در بدن بیمار کاشته شود.

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

در حالی که هنوز مشخص نیست این روش برای انسان کار کند یا نه،

lab grown bones have already been successfully implanted in pigs

استخوان رشد یافته در آزمایشگاه با موفقیت در خوک

and other animals,

و دیگر حیوانات کاشته شده‌،

and human trials may begin as early as 2016.

وممکن هست که آزمایشات روی انسان از سال ۲۰۱۶ شروع شود.