How to grow a bone - Nina Tandon

Hoe kweek je een bot? - Nina Tandon

Vertaald door: Feike Laffeber Nagekeken door: Heleen van Maanen

Can you grow a human bone outside the human body?

Kun je een bot laten groeien buiten het menselijk lichaam?

The answer may soon be yes,

Het antwoord kan binnenkort "ja" zijn,

but before we can understand how that's possible,

maar voordat we begrijpen hoe dat mogelijk is,

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

moeten we kijken naar hoe botten gewoonlijk groeien in het lichaam.

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

De meeste botten ontstaan in een foetus als zacht en flexibel kraakbeen.

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

Botvormende cellen vervangen het kraakbeen met een sponsachtig raster

made of elements like calcium and phosphate.

gemaakt van mineralen zoals calcium en fosfaat.

This lattice gets harder, as osteoblasts,

Dit raster wordt harder nadat osteoblasten --

which are specialized bone-forming cells,

gespecialiseerde botvormende cellen --

deposit more mineral, giving bones their strength.

meer mineralen toevoegen die de botten hun sterkte geven.

While the lattice itself is not made of living cells,

Hoewel het raster zelf niet uit levende cellen bestaat,

networks of blood vessels, nerves and other living tissues

vormen zich netwerken van bloedvaten, zenuwen en ander levend weefsel

grow through special channels and passages.

door speciale gangen en kanalen.

And over the course of development,

Gedurende de ontwikkeling,

a legion of osteoblasts reinforce the skeleton

versterkt een legioen van osteoblasten het skelet,

that protects our organs, allows us to move,

dat onze organen beschermt, ons laat bewegen,

produces blood cells and more.

bloedcellen produceert en meer.

But this initial building process alone

Maar dit eerste bouwproces alleen

is not enough to make bones strong and functional.

is niet genoeg om botten sterk en functioneel te maken.

Neem een bot dat op deze wijze is gebouwd,

If you took a bone built this way,

attached muscles to it,

maak er spieren aan vast,

and tried to use it to lift a heavy weight,

en probeer er een zwaar gewicht mee op te tillen.

the bone would probably snap under the strain.

Het bot zal waarschijnlijk breken onder de spanning.

This doesn't usually happen to us

Bij ons gebeurt dit meestal niet,

because our cells are constantly reinforcing

omdat onze cellen het bot constant versterken

and building bone wherever they're used,

en verder uitbouwen daar waar nodig.

a principle we refer to as Wolff's Law.

Dit principe heet de Wet van Wolff.

However, bone materials are a limited resource

Maar materiaal voor botten is beperkt beschikbaar

and this new, reinforcing bone

en dit nieuwe, versterkende bot

can be formed only if there is enough material present.

kan alleen gevormd worden als er voldoende materiaal is.

Fortunately, osteoblasts, the builders,

Gelukkig hebben de osteoblasten, de bouwers,

have a counterpart called osteoclasts, the recyclers.

een tegenpool die osteoclasten heten, de slopers.

Osteoclasts break down the unneeded mineral lattice using acids and enzymes

Osteoclasten breken de overbodige mineraalrasters af met zuren en enzymen,

so that osteoblasts can then add more material.

zodat de osteoblasten meer materiaal kunnen toevoegen.

One of the main reasons astronauts must exercise constantly in orbit

Een belangrijke reden waarom astronauten in de ruimte constant moeten trainen,

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

is vanwege het gebrek aan spanning op het skelet.

As projected by Wolff's Law,

Zoals de Wet van Wolff aangeeft,

that makes osteoclasts more active than osteoblasts,

maakt het osteoclasten meer actief dan osteoblasten,

resulting in a loss of bone mass and strength.

waardoor het bot massa en sterkte verliest.

When bones do break, your body has an amazing ability

Wanneer botten toch breken,

heeft je lijf het fantastische vermogen om het beschadigd bot te reconstrueren,

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

alsof het nooit was gebroken.

Certain situations, like cancer removal,

Bepaalde situaties, zoals verwijdering van kanker,

traumatic accidents,

traumatische ongelukken

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

en genetische fouten gaan dit helende vermogen boven de pet.

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

In het verleden werden de gaten opgevuld met metaal,

animal bones,

dierlijke botten,

or pieces of bone from human donors,

of botdelen van menselijke donoren,

but none of these are optimal as they can cause infections

maar geen van deze zijn optimaal, vanwege het risico op infecties

or be rejected by the immune system,

of afstoting door het immuunsysteem

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

en ze kunnen de meeste functies van gezonde botten niet overnemen.

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

Een ideale oplossing is een bot maken met de eigen cellen van de patiënt,

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

dat is aangepast aan de exacte vorm van het gat;

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

en dat is precies wat wetenschappers nu proberen te doen.

Here's how it works.

Zo werkt het:

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

eerst onttrekken dokters stamcellen uit het vetweefsel van de patiënt

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

en maken CT scans om de exacte afmetingen van het ontbrekende bot vast te stellen.

They then model the exact shape of the hole,

Ze maken dan een model van de exacte vorm van het gat,

either with 3D printers,

ofwel met 3D-printers

or by carving decellularized cow bones.

of door ontcelde koeienbotten te slijpen.

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

Dat zijn botten waar alle cellen uit zijn verwijderd,

leaving only the sponge-like mineral lattice.

waardoor alleen het sponsachtige mineraalraster overblijft.

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

De stamcellen van de patiënt worden hieraan toegevoegd

and place it in a bioreactor,

en in een bioreactor gestopt,

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

een apparaat dat alle omstandigheden in het lichaam nabootst.

Temperature, humidity, acidity and nutrient composition

Temperatuur, vochtigheid, zuurtegraad en nutriëntensamenstelling;

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

alles moet precies goed zijn, zodat de stamcellen onderscheid maken

into osteoblasts and other cells,

tussen ostreoblasten en andere cellen,

colonize the mineral lattice,

het mineraalraster koloniseren

and remodel it with living tissue.

en het opnieuw vorm geven met levend weefsel.

But there's one thing missing.

Maar er ontbreekt nog iets:

Remember Wolff's Law?

je kent de Wet van Wolff nog?

An artificial bone needs to experience real stress,

Een kunstmatig bot moet echte spanning doorstaan,

or else it will come out weak and brittle,

anders wordt het zwak en broos.

so the bioreactor constantly pumps fluids around the bone,

De bioreactor pompt constant vloeistof rond het bot

and the pressure tells the osteoblasts to add bone density.

en de druk laat de osteoblasten het bot steviger maken.

Put all of this together, and within three weeks,

Voeg dit alles samen en binnen drie weken

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

is het nu levende bot gereed om uit de bioreactor te komen

and to be implanted into the patient's body.

en in het lichaam van de patiënt geïmplanteerd te worden.

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

Hoewel het nog niet zeker is dat deze methode werkt bij mensen,

lab grown bones have already been successfully implanted in pigs

zijn in het lab gekweekte botten al succesvol geïmplanteerd in varkens

and other animals,

en in andere dieren.

and human trials may begin as early as 2016.

Testen op mensen beginnen wellicht al in 2016.