How to grow a bone - Nina Tandon

תרגום: Ido Dekkers עריכה: Tal Dekkers

Can you grow a human bone outside the human body?

האם אתם יכולים לגדל עצמות מחוץ לגוף אנושי?

The answer may soon be yes,

התשובה אולי תהיה כן בקרוב,

but before we can understand how that's possible,

אבל לפני שנוכל להבין איך זה אפשרי,

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

אנחנו צריכים להביט באיך עצמות גדלות באופן טבעי בתוך הגוף.

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

רוב העצמות מתחילות בעובר גדל כסחוס רך וגמיש.

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

תאים מגדלי עצמות מחליפים את הסחוס עם תבנית מינרלית ספוגית

made of elements like calcium and phosphate.

שעשויה מיסודות כמו סידן ופוספט.

This lattice gets harder, as osteoblasts,

התבנית הזו מתקשה, כשאוסיובלאסטים,

which are specialized bone-forming cells,

שהם תאים יוצרים עצמות מתמחים,

deposit more mineral, giving bones their strength.

מפקידים יותר מינרלים, נותנים לעצמות את הכוח שלהם.

While the lattice itself is not made of living cells,

בעוד התבנית עצמה לא עשוייה מתאים חיים,

networks of blood vessels, nerves and other living tissues

רשתות של תאי דם, עצבים ורקמות חיות אחרות

grow through special channels and passages.

גדלות דרך נתיבים ומעברים מיוחדים.

And over the course of development,

ובמהלך ההתפתחות,

a legion of osteoblasts reinforce the skeleton

לגיון של אוסטיובלאסטים מחזק את השלד

that protects our organs, allows us to move,

שמגן על האברים שלנו, מאפשר לנו לנוע,

produces blood cells and more.

מייצר תאי דם ועוד.

But this initial building process alone

אבל תהליך הבניה הראשוני הזה לבדו

is not enough to make bones strong and functional.

לא מספיק לעשות את העצמות חזקות ומועילות.

If you took a bone built this way,

אם הייתם לוקחים עצם שבנויה כך,

attached muscles to it,

מחברים לה שריר,

and tried to use it to lift a heavy weight,

ומנסים להתשמש בה, להרים משאות כבדים,

the bone would probably snap under the strain.

העצם כנראה היתה נשברת תחת הלחץ.

This doesn't usually happen to us

זה לא קורה לנו בדרך כלל

because our cells are constantly reinforcing

מפני שהתאים שלנו מחזקים כל הזמן

and building bone wherever they're used,

ובונים עצם במקום בו היא בשימוש,

a principle we refer to as Wolff's Law.

עיקרון שאנחנו מתייחסים אליו כחוק וולף.

However, bone materials are a limited resource

עם זאת, חומרי עצם הם משאב מוגבל

and this new, reinforcing bone

והעצם החדשה המחוזקת הזו

can be formed only if there is enough material present.

יכולה להווצר רק אם יש מספיק חומר זמין.

Fortunately, osteoblasts, the builders,

למרבה המזל, לאוסטיובלאסטים, הבנאים,

have a counterpart called osteoclasts, the recyclers.

יש שותפים שנקראים אוסטיוקלאסטים, הממחזרים.

Osteoclasts break down the unneeded mineral lattice using acids and enzymes

אוסטיוקלאסטים מפרקים את המינרלים הלא נחוצים בשימוש בחומצה ואנזימים

so that osteoblasts can then add more material.

כך שהאוסטיובלאסטים יכולים אז להוסיף עוד חומר.

One of the main reasons astronauts must exercise constantly in orbit

אחת מהסיבות העיקריות שאסטרונאוטים צריכים להתעמל כל הזמן בחלל

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

היא בשל חוסר מאמץ על השלד בנפילה חופשית.

As projected by Wolff's Law,

כמו שנחזה לפי חוק וולף,

that makes osteoclasts more active than osteoblasts,

זה עושה את האוסטיוקלאסטים יותר אקטיביים מאוסטיובלאסטים,

resulting in a loss of bone mass and strength.

מה שגורם לאיבוד מאסת וחוזק עצם.

When bones do break, your body has an amazing ability

כשעצם נשברת, לגוף שלכם יש יכולת מדהימה

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

לבנות מחדש את העצם הפגומה כאילו השבר מעולם לא התרחש.

Certain situations, like cancer removal,

במצבים מסויימים, כמו הסרת סרטן,

traumatic accidents,

תאונות טראומטיות,

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

ופגמים גנטים עולים על יכולת התיקון הטבעית של הגוף.

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

פתרונות הסטוריים כאלו מילאו את החורים במתכת,

animal bones,

עצמות חיות,

or pieces of bone from human donors,

או פיסות עצם מתורמים אנושיים,

but none of these are optimal as they can cause infections

אבל אף אחד מאלה הוא לא אופטימלי מאחר והם יכולים לגרום זיהומים

or be rejected by the immune system,

או דחייה על ידי מערכת החיסון,

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

והם לא יכולים לבצע את רוב התפקודים של עצם בריאה.

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

פיתרון אידיאלי יהיה לגדל עצם שעשויה מהתאים של החולה עצמו

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

שמותאמים לצורה המדוייקת של החור,

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

וזה בדיוק מה שמדענים מנסים לעשות כרגע.

Here's how it works.

כך זה עובד.

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

ראשית, רופאים שואבים תאי גזע מתאי שומן של החולה

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

ומבצעים סריקות CT כדי לקבוע את המידות המדוייקות של העצם החסרה.

They then model the exact shape of the hole,

הם אז בונים מודל של הצורה המדוייקת של החור,

either with 3D printers,

או במדפסת תלת מימד,

or by carving decellularized cow bones.

או על ידי חריטת עצמות פרה שפרקו את תאיהן.

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

אלה העצמות מהן כל התאים הוסרו,

leaving only the sponge-like mineral lattice.

והשאירו רק את הרקמה הספוגית דמויית הסבכה.

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

הם מוסיפים את תאי הגזע של החולה לסבכה

and place it in a bioreactor,

ושמים אותה בכור ביולוגי,

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

מכשיר שידמה את כל התנאים שנמצאים בתוך הגוף.

Temperature, humidity, acidity and nutrient composition

טמפרטורה, לחות, חומציות והרכב מזינים

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

כולם צריכים להיות בדיוק מתאימים כדי שתאי הגזע יובדלו

into osteoblasts and other cells,

לאוסטיובלאסטים ותאים אחרים,

colonize the mineral lattice,

לאכלס את הסבכה המינרלית,

and remodel it with living tissue.

ולמדל אותה מחדש עם רקמה חיה.

But there's one thing missing.

אבל יש רק דבר אחד חסר.

Remember Wolff's Law?

זוכרים את חוק וולף?

An artificial bone needs to experience real stress,

עצם מלאכותית צריכה לחוות לחץ אמיתי,

or else it will come out weak and brittle,

אחרת היא תצא חלשה ופריכה,

so the bioreactor constantly pumps fluids around the bone,

אז הכור הביולוגי כל הזמן שואב נוזלים סביב העצם,

and the pressure tells the osteoblasts to add bone density.

והלחץ אומר לאוסטיובלאסטים להוסיף דחיסות עצם.

Put all of this together, and within three weeks,

שימו את כל זה יחד, ותוך שלושה שבועות,

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

העצם החיה עכשיו מוכנה לצאת מהכור הביולוגי

and to be implanted into the patient's body.

ולהיות מושתלת בגוף החולה.

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

בעוד שזה לא בטוח עדיין שהשיטה הזו תעבוד על אנשים,

lab grown bones have already been successfully implanted in pigs

עצמות שגודלו במעבדה כבר הושתלו בהצלחה בחזירים

and other animals,

וחיות אחרות,

and human trials may begin as early as 2016.

וניסויים באדם אולי יתחילו ב 2016.