How to grow a bone - Nina Tandon

จะปลูกสร้างกระดูกได้อย่างไร - นีน่า แทนดอน (Nina Tandon)

Translator: Kelwalin Dhanasarnsombut Reviewer: Thitiporn Ratanapojnard

Can you grow a human bone outside the human body?

คุณสามารถปลูกกระดูกคน ภายนอกร่างกายมนุษย์ได้หรือไม่

The answer may soon be yes,

คำตอบในอนาคตอันใกล้อาจเป็น ได้

but before we can understand how that's possible,

แต่ก่อนที่เราจะสามารถเข้าใจ ว่ามันเป็นไปได้อย่างไร

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

เราจำเป็นต้องพิจารณาว่ากระดูกเติบโต ตามธรรมชาติในร่างกายได้อย่างไร

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

กระดูกส่วนใหญ่เริ่มต้นในตัวอ่อนที่เติบโต โดยเป็นกระดูกอ่อนที่อ่อนนุ่มและยืดหยุ่น

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

เซลล์สร้างกระดูกทดแทนกระดูกอ่อน ด้วยโครงแร่ที่มีลักษณะเป็นฟองน้ำ

made of elements like calcium and phosphate.

ที่ทำจากธาตุอย่างแคลเซียมและฟอสเฟต

This lattice gets harder, as osteoblasts,

โครงสร้างนี้แข็งขึ้นเป็น ออสติโอบลาส (osteoblast)

which are specialized bone-forming cells,

ซึ่งเป็นเซลล์เฉพาะในการสร้างกระดูก

deposit more mineral, giving bones their strength.

มันสะสมแร่ธาตุ ทำให้กระดูกมีความแข็งแรง

While the lattice itself is not made of living cells,

ขณะที่โครงสร้างคล้ายตาข่าย ไม่ได้ทำจากเซลล์ที่มีชีวิต

networks of blood vessels, nerves and other living tissues

เครือข่ายของเส้นเลือด, เส้นประสาท และเนื้อเยื่อที่มีชีวิตอื่นๆ

grow through special channels and passages.

เติบโตผ่านช่องทางและเส้นทางพิเศษ

And over the course of development,

และในช่วงของการเจริญเติบโต

a legion of osteoblasts reinforce the skeleton

กองทัพของออสติโอบาส เพิ่มความแข็งแกร่งให้กับโครงกระดูก

that protects our organs, allows us to move,

ที่ปกป้องอวัยวะของเรา ทำให้เราเคลื่อนไหว

produces blood cells and more.

สร้างเม็ดเลือด และอื่นๆ ได้

But this initial building process alone

แต่กระบวนการเริ่มต้น ในการสร้างเพียงอย่างเดียว

is not enough to make bones strong and functional.

ไม่เพียงพอที่จะทำให้กระดูกแข็งแรง และทำงานได้

If you took a bone built this way,

ถ้าคุณเอากระดูกที่สร้างโดยวิธีนี้

attached muscles to it,

มาติดเข้ากับกล้ามเนื้อ

and tried to use it to lift a heavy weight,

และพยายามใช้มันในการยกของหนักๆ

the bone would probably snap under the strain.

กระดูกอาจจะหักเพราะความตึง

This doesn't usually happen to us

สิ่งนี้ไม่ได้เกิดขึ้นกับพวกเราตามปกติ

because our cells are constantly reinforcing

เพราะว่าเซลล์ของเรา เสริมความแข็งแรงอย่างต่อเนื่อง

and building bone wherever they're used,

และสร้างกระดูกที่ใดก็ตามที่พวกมันถูกใช้

a principle we refer to as Wolff's Law.

หลักการที่เราเรียกมันว่า กฎของวอล์ฟ (Wolff's Law)

However, bone materials are a limited resource

อย่างไรก็ดี ส่วนประกอบของกระดูก เป็นเแหล่งที่มีอยู่อย่างจำกัด

and this new, reinforcing bone

และกระดูกที่เสริมขึ้นใหม่

can be formed only if there is enough material present.

สามารถถูกสร้างขึ้นได้ ก็ต่อเมื่อมีส่วนประกอบอยู่เพียงพอเท่านั้น

Fortunately, osteoblasts, the builders,

โชคดี ที่ออสติโอบาส ผู้สร้างกระดูก

have a counterpart called osteoclasts, the recyclers.

มีฝ่ายตรงข้ามที่มีชื่อว่า ออสติโอคลาส (osteoclast) ผู้รีไซเคิล

Osteoclasts break down the unneeded mineral lattice using acids and enzymes

ออสติโอคลาสทำลายโครงแร่ที่ไม่เป็นที่ต้องการ โดยใช้กรดและเอนไซม์

so that osteoblasts can then add more material.

ดังนั้นออสติโอบลาส สามารถที่จะเติมส่วนประกอบได้อีก

One of the main reasons astronauts must exercise constantly in orbit

หนึ่งในเหตุผลที่นักบินอวกาศ ต้องออกกำลังกายสม่ำเสมอเมื่ออยู่ในวงโคจร

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

ก็เพราะการขาดความตึงที่กระดูก ในภาวะไร้น้ำหนัก

As projected by Wolff's Law,

อย่างที่กล่าวไว้โดยกฎของวอล์ฟ

that makes osteoclasts more active than osteoblasts,

นั่นทำให้ออสติโอคลาสทำงาน มากขึ้นกว่าออสติโอบลาส

resulting in a loss of bone mass and strength.

เป็นผลให้เกิดการเสียมวลกระดูก และความแข็งแรง

When bones do break, your body has an amazing ability

เมื่อกระดูกหัก ร่างกายของคุณมีความสามารถที่น่าทึ่ง

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

ในการสร้างกระดูกที่ได้รับบาดเจ็บ อย่างกับการหักนั้นไม่เคยเกิดขึ้น

Certain situations, like cancer removal,

บางกรณี เช่นการกำจัดมะเร็ง

traumatic accidents,

อุบัติเหตุร้ายแรง

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

และความผิดปกติทางพันธุกรรม เกินกว่า ความสามารถในการซ่อมแซมของร่างกาย

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

การแก้ปัญหาในอดีตรวมถึง การเติมรูโหว่ด้วยวัสดุ

animal bones,

เช่น กระดูกสัตว์

or pieces of bone from human donors,

หรือชิ้นส่วนกระดูกมนุษย์

but none of these are optimal as they can cause infections

แต่ไม่มีวิธีการใดเหล่านี้ที่เหมาะสม เพราะพวกมันทำให้เกิดการติดเชื้อได้

or be rejected by the immune system,

หรืออาจถูกปฏิเสธโดยระบบภูมิคุ้มกัน

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

และพวกมันไม่สามารถทำหน้าที่ อย่างกระดูกที่สมบูรณ์แข็งแรงได้

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

การแก้ปัญหาในอุดมคติ คือการสร้างกระดูก ที่ทำจากเซลล์กระดูกของผู้ป่วยเอง

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

ที่ถูกทำให้พอดีกันกับรูปร่างของรู

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

และนั่นเป็นสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์ พยายามที่จะทำในตอนนี้

Here's how it works.

มันเป็นดังนี้

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

ประการแรก หมอสกัดสเต็มเซลล์ จากเนื้อเยื่อไขมันของคนไข้

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

และทำ CT สแกน เพื่อกำหนด ขนาดกว้างยาวหนาของกระดูกที่หายไปให้ชัดเจน

They then model the exact shape of the hole,

จากนั้นพวกเขาทำแบบจำลองของรู ที่มีขนาดแม่นยำ

either with 3D printers,

ด้วยเครื่องพิมพ์สามมิติ

or by carving decellularized cow bones.

หรือโดยการเจียรกระดูกวัวที่เอาเซลล์ออกแล้ว

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

กระดูกเหล่านั้นถูกนำเซลล์ออกไปหมด

leaving only the sponge-like mineral lattice.

เหลือไว้แต่โครงร่างแร่ ลักษณะคล้ายฟองน้ำ

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

จากนั้นพวกเขาจะเติมสเต็มเซลล์ของผู้ป่วย ลงไปในโครงร่าง

and place it in a bioreactor,

และนำมันใส่เข้าไปในถังชีวปฏิกรณ์

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

อุปกรณ์ที่จะกระตุ้น สภาวะทั้งหมดที่พบได้ในร่างกาย

Temperature, humidity, acidity and nutrient composition

อุณหภูมิ ความชื้น ความเป็นกรด และองค์ประกอบสารอาหาร

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

ทั้งหมดนี้ต้องพอเหมาะพอดี สำหรับการเจริญของสเต็มเซลล์

into osteoblasts and other cells,

ไปเป็นออสติโอบลาส และเซลล์อื่นๆ

colonize the mineral lattice,

รวมตัวกันในโครงแร่

and remodel it with living tissue.

และปรับโครงสร้างมันด้วยเนื้อเยื่อมีชีวิต

But there's one thing missing.

แต่มีสิ่งหนึ่งที่ขาดหายไป

Remember Wolff's Law?

จำกฎของวอล์ฟได้หรือเปล่า

An artificial bone needs to experience real stress,

กระดูกสังเคราะห์ต้องการ ที่จะได้รับแรงกดจริงๆ

or else it will come out weak and brittle,

มิฉะนั้นมันจะอ่อนแอและเปราะ

so the bioreactor constantly pumps fluids around the bone,

ฉะนั้น ถังชีวปฏิกรณ์จะปั๊มของเหลว ไปรอบๆ กระดูกอย่างต่อเนื่อง

and the pressure tells the osteoblasts to add bone density.

และความดันจะบอกออสติโอบลาส ให้เพิ่มความหนาแน่นกระดูก

Put all of this together, and within three weeks,

นำทุกอย่างนี้รวมกัน และภายในสามสัปดาห์

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

กระดูกที่ตอนนี้มีชีวิต ก็พร้อมที่จะออกจากถังชีวปฏิกรณ์

and to be implanted into the patient's body.

และปลูกถ่ายลงในร่างกายผู้ป่วย

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

ในขณะที่มันยังไม่เป็นที่แน่นอน ว่าวิธีการนี้จะใช้ได้ผลกับมนุษย์

lab grown bones have already been successfully implanted in pigs

กระดูกที่สร้างขึ้นในห้องทดลอง ได้ถูกปลูกถ่ายในหมูเป็นผลสำเร็จ

and other animals,

และในสัตว์อื่นๆ ก็เช่นกัน

and human trials may begin as early as 2016.

และการทดลองในมนุษย์ อาจเริ่มขึ้นในปี ค.ศ. 2016