How to grow a bone - Nina Tandon

Translator: Thu Ha Tran Reviewer: Dieu Dang NguyenTran

Bạn có thể phát triển xương người ở bên ngoài cơ thể không?

Can you grow a human bone outside the human body?

Câu trả lời sẽ là "có" trong tương lai gần.

The answer may soon be yes,

but before we can understand how that's possible,

Nhưng trước khi hiểu tại sao,

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

ta cần biết cách mà xương phát triển tự nhiên trong cơ thể.

Phần lớn xương bắt đầu phát triển từ giai đoạn bào thai

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

từ sụn mềm và linh hoạt.

Tế bào hình thành xương thay thế cho sụn bằng một mạng lưới các khoáng chất

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

made of elements like calcium and phosphate.

tạo thành từ các nguyên tố như Canxi và Photpho

This lattice gets harder, as osteoblasts,

Mạng tinh thể này dần rắn chắc khi nguyên bào xương

which are specialized bone-forming cells,

-một loại tế bào được biệt hóa để tạo thành xương-

deposit more mineral, giving bones their strength.

tạo ra thêm khoáng chất, tăng độ cứng cho xương.

Vì mạng tinh thể này không được tạo bởi các tế bào sống,

While the lattice itself is not made of living cells,

networks of blood vessels, nerves and other living tissues

nên mạng lưới của mạch máu, dây thần kinh và những mô sống khác

grow through special channels and passages.

phát triển nhờ vào các kênh và đường đặc biệt.

And over the course of development,

Và trong suốt quá trình phát triển,

a legion of osteoblasts reinforce the skeleton

quân đội nguyên bào xương củng cố khung xương

that protects our organs, allows us to move,

để bảo vệ các bào quan, cho phép chúng ta cử động,

produces blood cells and more.

sản sinh tế bào máu và nhiều hơn nữa.

But this initial building process alone

Nhưng chỉ một mình quá trình xây dựng ban đầu này

is not enough to make bones strong and functional.

thì chưa đủ để làm xương chắc khỏe và hoạt động hiệu quả.

Nếu lấy một đoạn xương được tạo ra bằng cách này

If you took a bone built this way,

attached muscles to it,

rồi gắn cơ vào nó,

and tried to use it to lift a heavy weight,

và cố gắng dùng nó để nâng một vật nặng,

the bone would probably snap under the strain.

thì xương sẽ bị gãy do áp lực.

Điều này không thường xuyên xảy ra

This doesn't usually happen to us

because our cells are constantly reinforcing

vì các tế bào của chúng ta được củng cố liên tục

and building bone wherever they're used,

và tạo ra xương bất cứ chỗ nào cần sử dụng.

a principle we refer to as Wolff's Law.

Đó được gọi là định luật Wolff.

Tuy nhiên, nguồn xương chỉ có hạn,

However, bone materials are a limited resource

and this new, reinforcing bone

và những đoạn xương mới và chắc khỏe này

can be formed only if there is enough material present.

chỉ có thể được hình thành khi có đủ vật liệu tạo xương.

Fortunately, osteoblasts, the builders,

May mắn là nguyên bào xương - tế bào xây dựng-

have a counterpart called osteoclasts, the recyclers.

có bản sao gọi là tế bào hủy xương -tế bào tái chế.

TB hủy xương phá vỡ các mạng tinh thể thừa bằng cách sử dụng axit và enzym

Osteoclasts break down the unneeded mineral lattice using acids and enzymes

so that osteoblasts can then add more material.

để khiến nguyên bào xương có thể nhận thêm nguyên liệu.

One of the main reasons astronauts must exercise constantly in orbit

Một trong những lí do mà các phi hành gia phải luyện tập thật nhiều trong quỹ đạo

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

là bởi sự thiếu áp lực lên xương khi rơi tự do.

As projected by Wolff's Law,

Theo như định luật Wolff,

that makes osteoclasts more active than osteoblasts,

điều đó khiến cho tế bào hủy xương hoạt động mạnh hơn nguyên bào xương,

resulting in a loss of bone mass and strength.

tạo ra sự thiếu hụt trong khối lượng và sự rắn chắc của xương.

Khi xương bị gãy, cơ thể của bạn có khả năng kì diệu

When bones do break, your body has an amazing ability

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

để tái tạo lại phần bị tổn thương về trạng thái ban đầu.

Certain situations, like cancer removal,

Một vài trường hợp, giống như loại bỏ ung thư

traumatic accidents,

các chấn thương và khiếm khuyết về gen

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

vượt quá khả năng tự tái tạo của cơ thể.

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

Trong lịch sử, người ta làm đầy chỗ trống bằng kim loại,

animal bones,

xương động vật

hoặc những mẩu xương từ người hiến tặng,

or pieces of bone from human donors,

but none of these are optimal as they can cause infections

nhưng không có cái nào trong đó là tối ưu vì chúng có thể gây nhiễm trùng

or be rejected by the immune system,

hoặc bị đào thải bởi hệ miễn dịch.

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

Và chúng hoạt động không hoàn chỉnh như một bộ xương khỏe mạnh.

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

Cách giải quyết tốt nhất là tạo xương từ chính tế bào của bệnh nhân,

điều chỉnh theo hình dạng chính xác của chỗ trống,

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

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

đó là những gì các nhà khoa học cố gắng làm.

Here's how it works.

Nó như thế đây:

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

Đầu tiên, các bác sĩ tách tế bào gốc ra khỏi mô mỡ của bệnh nhân

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

và chụp CT để đo kích thước chỗ xương bị mất.

Sau đó họ tạo ra mẫu y hệt hình dạng chỗ trống,

They then model the exact shape of the hole,

either with 3D printers,

dùng bằng máy in 3D

or by carving decellularized cow bones.

hoặc bằng xương bò bỏ xenlulô.

Những cái xương này là nơi tất cả các tế bào được tách ra,

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

leaving only the sponge-like mineral lattice.

chỉ để lại mạng khoáng chất như miếng bọt biển.

Sau đó họ cho tế bào gốc của bệnh nhân vào mạng khoáng chất này

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

and place it in a bioreactor,

và đặt nó trong hệ thống Bioreactor,

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

một thiết bị mô phỏng tất cả các điều kiện bên trong cơ thể.

Temperature, humidity, acidity and nutrient composition

Nhiệt độ, độ ẩm, tính axit và thành phần dinh dưỡng

tất cả cần ở điều kiện tốt ưu để tế bào gốc biệt hóa

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

into osteoblasts and other cells,

thành các nguyên bào xương và các tế bào khác,

colonize the mineral lattice,

chiếm lấy mạng khoáng chất,

and remodel it with living tissue.

và biến nó thành mô sống.

But there's one thing missing.

Nhưng còn thiếu một thứ.

Remember Wolff's Law?

Bạn nhớ định luật Wolff chứ?

Xương nhân tạo cần trải qua các áp lực thực tế,

An artificial bone needs to experience real stress,

or else it will come out weak and brittle,

nếu không nó sẽ trở nên yếu và giòn.

Nên Bioreactor liên tục bơm dịch xung quanh xương

so the bioreactor constantly pumps fluids around the bone,

and the pressure tells the osteoblasts to add bone density.

và áp lực khiến cho nguyên bào xương tăng thêm mật độ.

Kết hợp tất cả lại với nhau trong vòng 3 tuần,

Put all of this together, and within three weeks,

và giờ xương đã sẵn sàng xuất ra khỏi Bioreactor

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

and to be implanted into the patient's body.

để cấy ghép vào bệnh nhân.

Dù vẫn chưa chắc rằng cách này ứng dụng lên con người không,

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

lab grown bones have already been successfully implanted in pigs

xương nhân tạo đã được cấy ghép thành công trên lợn

and other animals,

và những động vật khác.

and human trials may begin as early as 2016.

Thử nghiệm trên người có thể sẽ đươc tiến hành vào đầu năm 2016.