How to grow a bone - Nina Tandon

Как вырастить кость — Нина Тандон

Переводчик: Irma Tarakanova Редактор: Alexander Bukhonov

Можно ли вырастить кость вне человеческого тела?

Can you grow a human bone outside the human body?

Скоро мы сможем дать положительный ответ,

The answer may soon be yes,

но прежде чем мы поймём, как это возможно,

but before we can understand how that's possible,

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

посмотрим, как кости растут внутри тела.

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

У эмбриона большинство костей вначале являются мягкими, гибкими хрящами.

Костеобразующие клетки заменяют хрящевую ткань губчатой,

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

made of elements like calcium and phosphate.

насыщенной минералами сеткой, состоящей из кальция и фосфатов.

This lattice gets harder, as osteoblasts,

Эта сетка становится твёрже, по мере того как остеобласты,

which are specialized bone-forming cells,

специальные костеобразующие клетки,

deposit more mineral, giving bones their strength.

откладывают больше минералов, придавая костям прочность.

Сама сетка не состоит из живых клеток,

While the lattice itself is not made of living cells,

networks of blood vessels, nerves and other living tissues

но по специальным каналам и отверстиям в ней растут сети

кровеносных сосудов, нервов и других живых тканей.

grow through special channels and passages.

And over the course of development,

И по мере развития организма

a legion of osteoblasts reinforce the skeleton

огромное количество остеобластов усиливают скелет,

that protects our organs, allows us to move,

который защищает наши органы, позволяет нам двигаться,

produces blood cells and more.

вырабатывает кровяные клетки и не только.

But this initial building process alone

Но первоначального процесса построения

is not enough to make bones strong and functional.

недостаточно, чтобы сделать кости сильными и функциональными.

Если взять выстроенную таким образом кость,

If you took a bone built this way,

attached muscles to it,

прикрепить к ней мускулы

and tried to use it to lift a heavy weight,

и попытаться поднять с её помощью большой вес,

the bone would probably snap under the strain.

кость, скорее всего, сломается под нагрузкой.

С нами этого, как правило, не происходит,

This doesn't usually happen to us

because our cells are constantly reinforcing

потому что наши клетки постоянно усиливают

and building bone wherever they're used,

и надстраивают кости по мере их использования.

a principle we refer to as Wolff's Law.

Этот принцип называется законом Вольффа.

However, bone materials are a limited resource

Однако костные ткани — ограниченный ресурс,

and this new, reinforcing bone

и эта новая, усиливающая кость

can be formed only if there is enough material present.

может быть надстроена, только если на неё хватает материалов.

Fortunately, osteoblasts, the builders,

К счастью, помимо остеобластов, строителей,

have a counterpart called osteoclasts, the recyclers.

у нас есть и остеокласты, переработчики.

Остеокласты кислотами и энзимами расщепляют ненужную минеральную ткань,

Osteoclasts break down the unneeded mineral lattice using acids and enzymes

so that osteoblasts can then add more material.

чтобы остеобласты могли впоследствии использовать этот материал.

Одна из основных причин, почему астронавты должны постоянно упражняться на орбите, —

One of the main reasons astronauts must exercise constantly in orbit

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

это недостаток нагрузки на скелет в отсутствии гравитации.

As projected by Wolff's Law,

Согласно закону Вольффа,

that makes osteoclasts more active than osteoblasts,

в таких условиях остеокласты активнее остеобластов,

resulting in a loss of bone mass and strength.

что приводит к потере прочности и костной массы.

Когда кости всё же ломаются, у вашего тела есть чудесная способность

When bones do break, your body has an amazing ability

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

восстановить повреждённую кость так, будто перелома никогда и не было.

Certain situations, like cancer removal,

Иногда, к примеру, после удаления раковых опухолей,

traumatic accidents,

после травм

или из-за генетических дефектов, тело не справляется с восстановлением.

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

Нам известны различные способы решения этой проблемы: замена кости металлом,

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

animal bones,

костями животных

или частями костей от людей-доноров,

or pieces of bone from human donors,

but none of these are optimal as they can cause infections

но всё это может привести к инфекции

или вызвать отторжение у иммунной системы,

or be rejected by the immune system,

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

и такие протезы не могут выполнять большинство функций здоровых костей.

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

Идеальным решением будет вырастить кость из собственных клеток пациента

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

и точно подогнать её по форме под отсутствующую часть кости.

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

Именно это и пытаются сделать учёные в данный момент.

Here's how it works.

Вот как это работает.

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

Сначала врачи извлекают стволовые клетки из жировой ткани пациента

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

и делают КТ-сканирование, чтобы определить точные размеры отсутствующей кости.

They then model the exact shape of the hole,

Затем моделируют точную форму кости:

either with 3D printers,

либо с помощью 3D-принтера,

or by carving decellularized cow bones.

либо вырезают из децеллюляризованной коровьей кости.

Это кости, из которых убрали все живые клетки,

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

leaving only the sponge-like mineral lattice.

оставив лишь губчатую минеральную сетку.

Затем в минеральную сетку добавляют стволовые клетки пациента

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

и помещают её в биореактор —

and place it in a bioreactor,

устройство, имитирующее все условия, имеющиеся внутри организма.

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

Temperature, humidity, acidity and nutrient composition

Температура, влажность, кислотность и состав питательных веществ

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

должны быть идеальными, чтобы стволовые клетки превратились

into osteoblasts and other cells,

в остеобласты и другие клетки,

colonize the mineral lattice,

заселили минеральную сетку

and remodel it with living tissue.

и перестроили её в живую ткань.

But there's one thing missing.

Но кое-чего здесь не хватает.

Remember Wolff's Law?

Помните закон Волльфа?

An artificial bone needs to experience real stress,

Искусственная кость должна испытывать реальную нагрузку,

or else it will come out weak and brittle,

иначе она получится слабой и хрупкой,

поэтому биореактор постоянно качает жидкость вокруг кости,

so the bioreactor constantly pumps fluids around the bone,

and the pressure tells the osteoblasts to add bone density.

и давление велит остеобластам наращивать плотность кости.

Put all of this together, and within three weeks,

Сложите всё это вместе — и в течение трёх недель

живая кость готова к выходу из биореактора

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

and to be implanted into the patient's body.

и имплантации в тело пациента.

Пока точно не известно, будет ли этот метод работать для людей.

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

lab grown bones have already been successfully implanted in pigs

Выращенные в лаборатории кости уже были успешно имплантированы свиньям

and other animals,

и другим животным,

а испытания на человеке могут начаться уже в 2016 году.

and human trials may begin as early as 2016.