How to grow a bone - Nina Tandon

骨の育て方 ― ニーナ・タンドン

翻訳: Takamitsu Hirono 校正: Masaki Yanagishita

Can you grow a human bone outside the human body?

人間の骨を体外で 育てることができますか？

The answer may soon be yes,

近い将来に答えは イエスになるかもしれません

but before we can understand how that's possible,

しかしそれがなぜ可能かを 理解するためには

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

本来体内ではどのように骨が 成長するのか知る必要があります

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

多くの骨は成長する胎児の中で 柔らかくて しなやかな軟骨として生まれます

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

造骨細胞が軟骨を カルシウムやリン酸塩などの

made of elements like calcium and phosphate.

無機物でできたスポンジ状の格子で 置き換えていくのです

This lattice gets harder, as osteoblasts,

格子は次第に硬くなり 専門化した造骨細胞である

which are specialized bone-forming cells,

骨芽細胞が

deposit more mineral, giving bones their strength.

さらに無機物を蓄えて 骨に強度を与えます

While the lattice itself is not made of living cells,

格子自体は 生きた細胞ではありませんが

networks of blood vessels, nerves and other living tissues

血管や神経や他の生体組織などの ネットワークが

grow through special channels and passages.

特別な管や通り道を通じて 成長します

And over the course of development,

この生成の過程を通じて

a legion of osteoblasts reinforce the skeleton

多数の骨芽細胞が

that protects our organs, allows us to move,

骨格を強化し 我々の臓器を守り 動きを可能にし

produces blood cells and more.

血液細胞産生を可能にします

But this initial building process alone

しかしこの最初の過程だけでは

is not enough to make bones strong and functional.

骨を強く機能的にするには 十分ではありません

If you took a bone built this way,

もしこの方法で骨を作って

attached muscles to it,

筋肉をくっつけ

and tried to use it to lift a heavy weight,

重い荷物を持ち上げるために 使おうとすれば

the bone would probably snap under the strain.

骨は負担に耐えられず 折れてしまいます

This doesn't usually happen to us

これは通常は起こらないことです

because our cells are constantly reinforcing

なぜなら我々の細胞は 使われている箇所の骨を

and building bone wherever they're used,

絶えず強化しているからです

a principle we refer to as Wolff's Law.

これはウォルフの法則と呼ばれる原理です

However, bone materials are a limited resource

しかしながら骨の材料は限られており

and this new, reinforcing bone

骨は 十分な材料がある時にだけ

can be formed only if there is enough material present.

新しく強化されます

Fortunately, osteoblasts, the builders,

幸運にも骨芽細胞―建築業者には

have a counterpart called osteoclasts, the recyclers.

相方となる破骨細胞― リサイクル業者がいます

Osteoclasts break down the unneeded mineral lattice using acids and enzymes

破骨細胞は必要のない無機物の格子を 酸や酵素を使って分解し

so that osteoblasts can then add more material.

骨芽細胞がより多くの材料を 使えるようにします

One of the main reasons astronauts must exercise constantly in orbit

軌道上にいる宇宙飛行士が 常に運動する必要がある 主な理由の１つは

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

無重力下で骨格への負荷が 不足するからです

As projected by Wolff's Law,

ウォルフの法則で予想される通り

that makes osteoclasts more active than osteoblasts,

破骨細胞が骨芽細胞よりも活発になり

resulting in a loss of bone mass and strength.

骨の質量と強度を 減少させてしまいます

When bones do break, your body has an amazing ability

皆さんの体は 骨折した時に

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

折れた骨を元通りに再構築する 驚きの能力を持っています

Certain situations, like cancer removal,

ガンの摘出

traumatic accidents,

外傷性の事故

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

遺伝子の異常などの特定の状況は 体の回復能力を上回ることがあります

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

従来の解決法には 空いた穴の中に

animal bones,

金属や動物の骨や

or pieces of bone from human donors,

人間の提供者からの骨を 埋めたりするものがありますが

but none of these are optimal as they can cause infections

どれも最適ではありませんでした 感染症を起こしたり

or be rejected by the immune system,

免疫システムにより拒否されたりし

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

そして健康な骨の機能の 大部分を果たすことができなかったためです

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

理想的な解決法は 患者自身の細胞から作られた骨を育て

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

穴にぴったり合うように 成形することです

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

そしてこれこそ科学者達が 現在実現しようとしていることです

Here's how it works.

その方法をご紹介します

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

最初に医者は患者の脂肪組織から 幹細胞を抽出し

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

失われた骨の正しい形を知るために CTスキャンを取ります

They then model the exact shape of the hole,

次に穴の形と同じ模型を作ります

either with 3D printers,

3Dプリンターや

or by carving decellularized cow bones.

脱細胞処理した 牛の骨を彫ることによってです

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

これらは全ての細胞が 取り除かれた骨で

leaving only the sponge-like mineral lattice.

スポンジのような 無機物の格子のみが残っています

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

医師は幹細胞をこの格子に加え

and place it in a bioreactor,

生物反応器に入れます

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

体内の環境を すべて模倣できる装置です

Temperature, humidity, acidity and nutrient composition

温度、湿度、酸性度や栄養成分など

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

幹細胞が

into osteoblasts and other cells,

骨芽細胞や他の細胞に分化し

colonize the mineral lattice,

ミネラルの格子に定着し

and remodel it with living tissue.

生きた組織に改造できるように 最適に設定します

But there's one thing missing.

でも １つ足りないことがありますね

Remember Wolff's Law?

ウォルフの法則を覚えていますか？

An artificial bone needs to experience real stress,

人工の骨も実際の負荷を 経験する必要があります

or else it will come out weak and brittle,

そうでないと弱く壊れやすく なってしまいます

so the bioreactor constantly pumps fluids around the bone,

そこで生物反応器は 時おり骨の周りに液体を噴出し

and the pressure tells the osteoblasts to add bone density.

その圧力で骨芽細胞に 骨の密度を増やすように伝えるのです

Put all of this together, and within three weeks,

これら全てを行うと ３週間以内に

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

生物反応器の中で 生きた骨が出来上がり

and to be implanted into the patient's body.

患者の体内に移植可能になります

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

しかし人間でこの方法がうまく行くのか まだ明らかではありません

lab grown bones have already been successfully implanted in pigs

研究室でできた骨は 豚や他の動物への移植には

and other animals,

成功していますが

and human trials may begin as early as 2016.

臨床実験は 早ければ2016年に始まります