How to grow a bone - Nina Tandon

번역: Seoyun Choi 검토: Jihyeon J. Kim

Can you grow a human bone outside the human body?

여러분은 인체 밖에서 사람의 뼈를 자라게 할 수 있나요?

The answer may soon be yes,

그 대답은 아마 곧 "예"가 될 겁니다.

but before we can understand how that's possible,

그러나 그것이 어떻게 가능한지 이해하기 전에

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

우리는 뼈가 몸 안에서

어떻게 자연스럽게 자라는지 볼 필요가 있습니다.

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

대부분의 뼈들은 태아가 성장할 때 부드럽고 유연한 연골로 시작됩니다.

뼈 형성 세포들은 인산염, 칼슘과 같은 요소들로 만든

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

made of elements like calcium and phosphate.

스펀지같은 무기물 격자로 연골을 대체하고

This lattice gets harder, as osteoblasts,

이 격자는 더욱 단단해 지는데 뼈를 형성하는 조골세포가

which are specialized bone-forming cells,

deposit more mineral, giving bones their strength.

더 많은 무기물을 저장하여 뼈를 튼튼하게 합니다.

While the lattice itself is not made of living cells,

반면에 살아있는 세포로 만들어지지 못한 격자 스스로는

networks of blood vessels, nerves and other living tissues

혈관과 신경, 다른 생체조직에 연결되며

grow through special channels and passages.

특별한 경로와 통로로 성장합니다.

And over the course of development,

그후 발달과정을 넘으며,

a legion of osteoblasts reinforce the skeleton

조골세포 집단의 골격을 강화시킵니다.

that protects our organs, allows us to move,

우리의 장기를 보호하며, 우리가 움직일 수 있고,

produces blood cells and more.

혈액세포 등을 생산합니다.

But this initial building process alone

그러나 이 초기 구축 과정만으로는

is not enough to make bones strong and functional.

뼈를 강하고 기능적으로 만드는데 충분하지 않습니다.

If you took a bone built this way,

만약 당신이 이러한 방법으로 뼈를 만들어

attached muscles to it,

근육을 뼈에 붙여

and tried to use it to lift a heavy weight,

그것을 이용하여 무거운 무게를 들어올리려고 시도했다면

the bone would probably snap under the strain.

뼈는 아마 강한 압력으로 부러질 겁니다.

This doesn't usually happen to us

이러한 일은 보통 우리에게 나타나지 않죠.

because our cells are constantly reinforcing

왜냐하면 우리의 세포들은 끊임없이 강화되고

and building bone wherever they're used,

그들이 사용되는 곳 마다 뼈가 만들어지기 때문입니다.

a principle we refer to as Wolff's Law.

우리는 그것을 Wolff's Law 라고 합니다.

However, bone materials are a limited resource

그러나 골형 소재는 제한된 자원이고

and this new, reinforcing bone

이 새롭게 강화된 뼈는

can be formed only if there is enough material present.

충분한 재료가 있을 때만 형성될 수 있습니다.

Fortunately, osteoblasts, the builders,

다행히도, 조골세포, 세포를 만드는 것들은

have a counterpart called osteoclasts, the recyclers.

파골세포라는 재활용하는 대응체계를 가지고 있습니다.

Osteoclasts break down the unneeded mineral lattice using acids and enzymes

파골세포는 분해산을 사용하여 불필요한 무기물 격자를 파괴합니다.

so that osteoblasts can then add more material.

이것은 조골세포가 더 많은 자원을 추가할 수 있도록 합니다.

One of the main reasons astronauts must exercise constantly in orbit

주된 이유 중 하나는 우주 비행사가

궤도에서 지속적인 운동을 해야하기 때문입니다.

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

골격 변형의 부족으로 인하여 자유낙하할 수도 있으니까요.

As projected by Wolff's Law,

Wolff's Law에 의해 예상된 바와 같이

that makes osteoclasts more active than osteoblasts,

이것은 조골세포보다 파골세포를 더 활성화 시켜,

resulting in a loss of bone mass and strength.

그 결과로 뼈 질량과 강도를 손실시킵니다.

When bones do break, your body has an amazing ability

뼈가 부러졌을 때, 여러분의 몸은 놀라운 능력을 가집니다.

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

마치 부러진 일이 없었던 것처럼 손상된 뼈를 재구성하죠.

Certain situations, like cancer removal,

암 제거와 같은 특정한 상황이나,

traumatic accidents,

외상사고,

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

그리고 유전적 결함을 치유하는데 몸은 자연적 능력을 발휘합니다.

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

역사적인 해결책으로는 구멍에 금속이나,

animal bones,

동물의 뼈,

기증자의 뼈 조각로 채웠습니다.

or pieces of bone from human donors,

but none of these are optimal as they can cause infections

그러나 이중 어느 것도 최적은 없으며 감염의 원인이 되거나

or be rejected by the immune system,

면역계에 의해 거부되었고,

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

그것들의 대부분은 건강한 뼈의 기능을 수행할 수 없었습니다.

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

이상적인 방법은 환자 자신의 세포로부터 뼈를 자라게 하는 것입니다.

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

그렇다면 구멍의 모양에 정확히 맞춰집니다.

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

그러기 때문에 현재 과학자들이 그 방법을 위해 시도하고 있습니다.

Here's how it works.

이렇게 작용하는 겁니다.

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

첫째, 의사는 환자의 지방 조직으로부터 줄기세포를 추출합니다.

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

그리고 누락된 뼈의 정확한 치수를 확인하기 위해 CT촬영을 합니다.

They then model the exact shape of the hole,

그런 후 구멍의 모양에 정확히 맞는 모델을

either with 3D printers,

3D 프린터로 제작하거나,

or by carving decellularized cow bones.

탈세 포화된 소 뼈로 조각했죠.

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

이 뼈들은 세포로부터 멀리 박탈되었고,

leaving only the sponge-like mineral lattice.

스폰지 같은 무기물 격자만 남습니다.

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

그 다음 이 격자에 환자의 줄기세포를 추가합니다.

and place it in a bioreactor,

그리고 모든 시뮬레이션 장치의 조건이 몸 안에서 발견될

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

생물 반응기에 배치시킵니다.

Temperature, humidity, acidity and nutrient composition

온도, 습도, 산도, 영양 성분을

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

모두 줄기세포 분화를 위해 맞춰 주어야 합니다.

into osteoblasts and other cells,

조골세포와 다른 세포안으로,

colonize the mineral lattice,

미네랄 격자를 이식시키기 위해서

and remodel it with living tissue.

조직을 살게 하도록 개조시키기 위해서죠.

But there's one thing missing.

그러나 한 가지 잊은 것이 있습니다.

Remember Wolff's Law?

Wolff's Law를 기억하나요?

An artificial bone needs to experience real stress,

인공뼈는 실제 스트레스를 경험하는 것을 필요로 합니다.

or else it will come out weak and brittle,

그렇지 않으면 약하고 부서지기 쉽기 때문이죠.

so the bioreactor constantly pumps fluids around the bone,

그래서 생물 반응기는 뼈 주위 유체로 지속적인 압력을 가해야 하고,

and the pressure tells the osteoblasts to add bone density.

그 압력은 조골세포가 뼈 밀도를 더할 수 있게 만듭니다.

Put all of this together, and within three weeks,

이것을 다 하고나면 3주 이내에

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

현존하는 뼈들은 생물 반응기에서 나올 준비가 되어 있고

and to be implanted into the patient's body.

이식할 환자의 몸 내부로 들어갑니다.

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

아직 이 방법이 사람들에게 사용 가능할지는 확실하지 않지만

lab grown bones have already been successfully implanted in pigs

실험실에서 성장된 뼈는 이미 돼지 이식에 성공하였습니다.

and other animals,

그리고 다른 동물에서도 성공했죠.

and human trials may begin as early as 2016.

빠르면 2016년에 인간을 대상으로 한 임상시험을 시작할 수 있을 것입니다.