How to grow a bone - Nina Tandon

Tłumaczenie: Kacper Borowiecki Korekta: Rysia Wand

Can you grow a human bone outside the human body?

Czy można wyhodować kość poza ciałem człowieka?

The answer may soon be yes,

Już niedługo odpowiedź może brzmieć "tak",

but before we can understand how that's possible,

ale zanim zrozumiemy, jak to możliwe,

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

trzeba zobaczyć, jak kości rosną wewnątrz ciała.

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

Większość kości powstaje w płodzie jako miękkie, elastyczne chrząstki.

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

Komórki formujące zastępują chrząstki gąbczastą siecią mineralną

made of elements like calcium and phosphate.

zbudowaną z materiałów takich jak wapń i fosforan.

This lattice gets harder, as osteoblasts,

Struktura staje się mocniejsza, gdyż osteoblasty,

which are specialized bone-forming cells,

wyspecjalizowane komórki tworzące kości,

deposit more mineral, giving bones their strength.

przechowują więcej minerałów, dając kościom wytrzymałość.

While the lattice itself is not made of living cells,

Ponieważ sama struktura nie powstała z żywych komórek,

networks of blood vessels, nerves and other living tissues

sieci naczyń krwionośnych, nerwy i inne żywe tkanki

grow through special channels and passages.

przechodzą przez specjalne kanaliki i przejścia.

And over the course of development,

W trakcie rozwoju

a legion of osteoblasts reinforce the skeleton

legiony osteoblastów wzmacniają szkielet,

that protects our organs, allows us to move,

który chroni nasze organy, pozwala nam się ruszać,

produces blood cells and more.

produkuje komórki krwi itd.

But this initial building process alone

Sam początkowy proces budowy nie wystarczy,

is not enough to make bones strong and functional.

by kości były silne i funkcjonalne.

If you took a bone built this way,

Jeśli do takich kości dorzucisz mięśnie

attached muscles to it,

and tried to use it to lift a heavy weight,

i spróbujesz podnieść coś ciężkiego,

the bone would probably snap under the strain.

kości prawdopodobnie złamałyby się pod ciężarem.

This doesn't usually happen to us

Zwykle tak się nie dzieje,

because our cells are constantly reinforcing

bo nasze komórki w kółko się wzmacniają

and building bone wherever they're used,

i budują kości tam, gdzie są potrzebne,

a principle we refer to as Wolff's Law.

zgodnie z zasadą zwaną Prawem Wolffa.

However, bone materials are a limited resource

Materiał kostny jest jednak ograniczonym zasobem,

and this new, reinforcing bone

a nowe, wzmocnione kości

can be formed only if there is enough material present.

mogą zostać uformowane, jeśli jest odpowiednia ilość materiału.

Fortunately, osteoblasts, the builders,

Na szczęście osteoblasty, budowlańcy,

have a counterpart called osteoclasts, the recyclers.

mają odpowiednika, osteoklasty, czyli śmieciarzy.

Osteoclasts break down the unneeded mineral lattice using acids and enzymes

Osteoklasty rozbijają niepotrzebne struktury za pomocą enzymów i kwasów,

so that osteoblasts can then add more material.

aby osteoblasty miały więcej materiałów.

One of the main reasons astronauts must exercise constantly in orbit

Głównym powodem, dla których astronauci muszą ciągle ćwiczyć na orbicie,

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

jest brak odkształcenia kości w swobodnym spadku.

As projected by Wolff's Law,

Prawo Wolffa przewidziało,

that makes osteoclasts more active than osteoblasts,

że osteoklasty są aktywniejsze od osteoblastów,

resulting in a loss of bone mass and strength.

co zmniejsza masę i wytrzymałość kości.

When bones do break, your body has an amazing ability

Kiedy kości się łamią, ciało ma niewiarygodną możliwość

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

rekonstrukcji uszkodzonej kości, jakby złamanie nie miało miejsca.

Certain situations, like cancer removal,

Pewne sytuacje, jak usunięcie nowotworu,

traumatic accidents,

traumatyczne wypadki

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

i błędy genetyczne przekraczają naturalne możliwości naprawy.

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

Historyczne rozwiązania obejmowały uzupełnienie powstałych dziur metalem,

animal bones,

kośćmi zwierzęcymi

or pieces of bone from human donors,

lub kawałkami kości od dawców,

but none of these are optimal as they can cause infections

ale żadne z nich nie jest optymalne, bo mogą powodować infekcje

or be rejected by the immune system,

lub zostać odrzucone przez system odpornościowy,

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

przez co nie mogą przejąć większości funkcji zdrowych kości.

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

Idealnym wyjściem z sytuacji byłaby kość powstała z własnych komórek pacjenta,

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

które zostały dostosowane do dokładnego kształtu ubytku,

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

i to właśnie próbują zrobić naukowcy.

Here's how it works.

Jak to działa?

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

Najpierw lekarz wyodrębnia komórki z tkanki tłuszczowej pacjenta

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

i wykonuje tomografię komputerową, aby ustalić dokładne wymiary kości.

They then model the exact shape of the hole,

Następnie modeluje dokładny kształt kości

either with 3D printers,

albo za pomocą drukarek 3D,

or by carving decellularized cow bones.

albo rzeźbiąc w pozbawionych komórek kościach krowy.

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

Z takich kości zostały usunięte komórki,

leaving only the sponge-like mineral lattice.

pozostawiając tylko gąbczastą tkankę mineralną.

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

Następnie do tej tkanki dodajemy komórki pacjenta

and place it in a bioreactor,

i umieszczamy w bioreaktorze,

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

urządzeniu symulującym warunki wnętrza ciała.

Temperature, humidity, acidity and nutrient composition

Temperatura, wilgotność, kwasowość i skład odżywczy

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

- wszystko musi być idealne, by komórki podzieliły się

into osteoblasts and other cells,

na osteoblasty i pozostałe,

colonize the mineral lattice,

skolonizowały tkankę mineralną

and remodel it with living tissue.

i przebudowały ją dzięki żywej tkance.

But there's one thing missing.

Ale jednej rzeczy brakuje.

Remember Wolff's Law?

Pamiętasz prawo Wolffa?

An artificial bone needs to experience real stress,

Sztuczna kość musi doświadczyć prawdziwego wysiłku,

or else it will come out weak and brittle,

gdyż inaczej wyjdzie słaba i krucha,

so the bioreactor constantly pumps fluids around the bone,

więc bioreaktor ciągle pompuje płyn wokół kości,

and the pressure tells the osteoblasts to add bone density.

a ciśnienie każe osteoblastom zwiększać gęstość kości.

Put all of this together, and within three weeks,

Połącz wszystko razem i za trzy tygodnie

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

nowa, żywa kość jest gotowa, aby opuścić bioreaktor

and to be implanted into the patient's body.

i trafić do ciała pacjenta.

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

Chociaż nie jesteśmy pewni, czy ta metoda zadziała u ludzi,

lab grown bones have already been successfully implanted in pigs

w laboratorium wyhodowano kości, które z powodzeniem wszczepiono świniom

and other animals,

i innym zwierzętom,

and human trials may begin as early as 2016.

a próby na ludziach mogą zacząć się już w 2016 roku.