体外で人間の骨を育てることはできるか？

概要

本記事では、体外で人間の骨を育てる可能性について探求します。まず、体内で骨が自然に成長する方法と、骨形成における骨芽細胞と骨吸収細胞の重要性について説明します。次に、従来の骨修復方法の制限と、患者自身の細胞から作られたカスタマイズされた骨の必要性について検討します。最後に、幹細胞、鉱物格子、バイオリアクターを使用して体外で骨を育てる現在の方法について説明します。

体内での骨の自然な成長方法

体内のほとんどの骨は、成長中の胎児の柔らかくて柔軟な軟骨から始まります。骨形成細胞がカルシウムやリン酸などの要素から作られた多孔質の鉱物格子で軟骨を置き換えます。時間が経つにつれ、骨芽細胞がより多くの鉱物を沈着させ、骨に強度を与えます。血管や神経などの生きた組織は、骨の特別なチャネルや通路を通って成長します。発達の過程で、骨芽細胞は骨格を強化し、私たちが動き、臓器を保護し、血液細胞を生成できるようにします。

骨形成における骨芽細胞と骨吸収細胞の重要性

骨の初期の建設過程は重要ですが、骨を強く機能的にするには十分ではありません。私たちの細胞は、ウルフの法則として知られる、使用された場所で常に骨を強化し、構築しています。しかし、骨材料は限られた資源であり、骨を強化するには十分な材料が存在する必要があります。骨芽細胞は建設者であり、骨吸収細胞はリサイクラーです。骨吸収細胞は酸と酵素を使用して不要な鉱物格子を分解し、骨芽細胞がより多くの材料を追加できるようにします。

従来の骨修復方法の制限

がんの除去、外傷事故、遺伝的欠陥など、一部の状況では、体の自然な修復能力だけでは十分ではありません。従来の解決策には、金属、動物の骨、または人間のドナーからの骨の一部を使用して、生じた穴を埋めることが含まれます。しかし、これらの解決策は最適ではありません。感染を引き起こす可能性があり、免疫系に拒否される可能性があり、健康な骨のほとんどの機能を実行できません。

体外での骨の育成

科学者たちは、患者自身の細胞から作られた、欠損部の正確な形状にカスタマイズされた骨を育てようとしています。医師は、患者の脂肪組織から幹細胞を取り出し、CTスキャンで欠損骨の正確な寸法を決定します。その後、3Dプリンターで正確な穴の形状をモデル化するか、細胞がすべて取り除かれた牛の骨を削って形状を作ります。細胞がすべて取り除かれた牛の骨は、スポンジ状の鉱物格子だけが残された骨です。患者の幹細胞はこの鉱物格子に加えられ、バイオリアクターに置かれます。バイオリアクターは、体内で見られるすべての条件を模倣する装置です。温度、湿度、酸度、栄養成分の組成がすべて適切でなければ、幹細胞が骨芽細胞などの細胞に分化し、鉱物格子を定住し、生きた組織でそれを改造することができません。バイオリアクターは、骨芽細胞が骨密度を増加させるために必要な応力を提供するため、常に骨の周りに流体をポンプします。3週間以内に、今や生きている骨は患者の体内に移植する準備ができています。

結論

この方法が人間に対して機能するかどうかはまだ確定していませんが、実験用に育てられた骨は既に豚や他の動物に成功裏に移植されています。人間の試験は2019年にも開始される可能性があります。体外で骨を育てることは、カスタマイズされ、感染の心配がなく、健康な骨の機能を果たす有望な骨修復の解決策を提供します。