Och utan ben skulle din kropp vara en glidande påse med organ. Men de stela modellerna av ett skelett som du har sett på naturkunskapslektionerna (eller som Halloween-dekorationer) berättar bara halva historien. Skelettet gör nämligen mer än att bara hålla dig uppe”, förklarar Laura Tosi Ben är gjorda av levande celler som andas. Och de spelar alla möjliga viktiga roller, säger Tosi, som leder Bone Health Program vid Children’s National Medical Center i Washington, D.C.
De små öronbenen leder ljud som hjälper oss att höra. Benmärg – en mjuk, geléliknande substans som fyller det ihåliga insidan av kroppens långa ben – producerar blodkroppar, både röda och vita. Vita blodkroppar bekämpar infektioner, medan röda blodkroppar levererar syre i hela kroppen.
Utbildare och föräldrar, registrera er för Fuskbladet
Veckavisa uppdateringar för att hjälpa er att använda Science News for Students i inlärningsmiljön
Och det är bara till att börja med. Forskare har upptäckt att ben ”chattar” med andra kroppsdelar på överraskande sätt. När forskarna avslöjar skelettets hemligheter hittar de ledtrådar som kan hjälpa dem att bota sjukdomar och till och med odla fram ersättningsben.
Celler som kallas osteoblaster (gråa klumpar som bildar en oval) skapar ny benvävnad. Robert M. Hunt/Wikimedia Commons
Skelettbesättningen
Skelettet som ger din kropp form är förvånansvärt flitigt. ”Ben är ett mycket dynamiskt organ”, konstaterar Mark Johnson. Han är biokemist vid University of Missouri-Kansas City.
Kroppens skelett förändras ständigt. I en process som kallas remodellering bryts gammalt ben ner så att nytt ben kan ta plats. Under barndomen gör denna process det möjligt för benen att växa och ändra form. Hos vuxna hjälper remodellering till att reparera skador och förhindra att benen blir sköra.
Celler som kallas osteoklaster bryter ner gammalt ben genom en process som kallas resorption. Andra celler som kallas osteoblaster tar hand om att skapa nytt ben. Men de flesta benceller tillhör en tredje typ. De kallas osteocyter och talar om för osteoblasterna och osteoklasterna vad de ska göra. ”Om du tänker på remodellering som en symfoni är osteocyten dirigenten”, förklarar Johnson.
Under barndomen och den tidiga vuxenåldern bildar kroppen mer nytt ben än vad den tar bort. Detta innebär att massan – eller mängden ben – ökar. Det är naturligtvis svårt att mäta benmassan med resten av kroppens vävnader i vägen. Läkare uppskattar därför benstyrkan genom att mäta densiteten av det hårda mineral som är packat i ett benavsnitt. Ju större bentäthet, desto starkare är skelettet.
Celler som kallas osteocyter, varav en visas här, fungerar som dirigenter i en symfoni och instruerar de andra bencellerna vad de ska göra. Wikimedia Commons
För att bygga mer ben behöver cellerna vissa byggstenar. En särskilt viktig sådan är kalcium. Starka ben är beroende av detta mineral, som finns i mejeriprodukter och många grönsaker. Benen fungerar också som kroppens förråd av kalcium, som används på många olika ställen. Kalcium driver till exempel den kemiska reaktion som gör att hjärtat slår. När kosten inte levererar tillräckligt med kalcium kommer kroppen att stjäla mineralet från skelettet. Det kan försvaga benen.
Det är också svårt att ha friska ben utan tillräckligt med D-vitamin, som hjälper kroppen att ta upp kalcium. Men många människor har för lite D-vitamin. Som ett resultat kan deras ben bli tunna och missformade.
När det gäller att bygga upp ben är dock ”motion det viktigaste”, säger Tosi till Science News for Students. Viktbärande övningar som att gå, springa, hoppa och lyfta vikter är bra för att öka benmassan. Träning gör faktiskt en sådan skillnad att professionella tennisspelare faktiskt har starkare ben i den arm som de använder för att svinga sitt racket.
Träning stärker förmodligen skelettet på flera olika sätt, säger Johnson. Viktbärande träning orsakar små mängder skador på benet. Osteoblasterna reagerar genom att lägga ner nytt ben för att reparera skadan. Det är som att asfaltera över gropar på en ojämn väg. Denna ompackning resulterar i tätare och starkare ben.
Benen, som här visas på en röntgenbild, ser vita ut på grund av det kalcium de innehåller. Asja/Flickr
Samtal mellan ben och muskler
Men att bana över små bitar av skador förklarar bara en del av motionens fördelar för benen. Under de senaste åren har Johnsons team visat att vägen till starkare ben är mycket mer komplex. Forskare brukade titta på endast ben för att hitta svaren, sade han. Det visar sig dock att musklerna också har något att säga om benens beteende.
Johnsons grupp, liksom forskare i andra laboratorier, har upptäckt signalering – en typ av kemiskt prat – som pågår mellan de två typerna av vävnad. Ben verkar skicka signaler som påverkar hur musklerna fungerar. Musklerna skickar i sin tur signaler som förändrar hur bencellerna fungerar.
Musklerna tillverkar molekyler som påverkar osteocyternas – ledarnas – agerande har Johnsons forskargrupp funnit. (En molekyl är en grupp atomer som hålls samman av kemiska bindningar. Molekyler utgör allt, från celler i kroppen och byggstenar i plast till gaserna i jordens atmosfär.)
Johnson misstänker att musklerna tillverkar många molekyler som påverkar benen. Han arbetar för att identifiera dessa och vilka budskap de skickar till benen. Om han lyckas kan det en dag bli möjligt att identifiera läkemedel eller andra behandlingar som ökar volymen på dessa meddelanden. Det skulle kunna ge läkarna ett sätt att styra osteoblasterna så att de bildar mer nytt ben, till exempel. Det skulle kunna stärka hela skelettet.
Sådana behandlingar skulle kunna hjälpa till att stärka svaga och sköra ben. Detta tillstånd, som kallas osteoporos, drabbar många äldre människor och kan leda till att benen lätt går sönder.
Men den här forskningen kan också hjälpa yngre människor som har sjukdomar som försvagar eller skadar benen. Ett exempel på detta är sköra ben. Som namnet antyder har personer som föds med denna sjukdom ömtåliga ben som lätt går sönder. Just nu finns det inget botemedel.
Osteoporos är ett tillstånd som orsakar böjd hållning, längdförlust och tunna, svaga ben som lätt går sönder. Pilarna visar bentillväxt (vänster) kontra benkrympning (höger). Wikimedia Commons
Bygg upp ben utanför kroppen
Möjligheten att instruera kroppen att förstärka sina ben skulle kunna hjälpa människor med ett antal skelettsjukdomar. Men ibland skulle det vara ännu bättre att bygga nya ben från grunden. Forskare vid Columbia University i New York City arbetar för att göra just det.
En motivering är att hjälpa människor med Treacher Collins syndrom. Denna sjukdom gör att benen i ansiktet växer onormalt. Personer som föds med syndromet tenderar att ha små eller saknade kindben. Detta ger deras ansikten ett hängande utseende.
Läkare kan ersätta dessa missbildade ben eller lägga till saknade ben med kirurgi. Det kräver att man berövar ben från andra delar av kroppen. Kirurger kan till exempel skära ut en bit av höftbenet. Efter att ha format det till något som liknar ett kindben implanterar de det i ansiktet.
Detta är dock inte idealiskt. För det första skadar det höften. Det lånade benet kan också vara svårt att forma till en perfekt kind eller käke.
Så Columbia-teamet odlar ersättningsben i laboratoriet. Först skapar de en ställning, eller ram, av koben som har rensats från sina levande celler. De skär ut ställningen så att den är formad som en normal, frisk version av det ben som de vill ersätta eller lägga till. Sedan tar de bort stamceller från patientens kropp.
Stamceller är speciella eftersom de kan mogna till många olika typer av celler, inklusive ben. Columbia-teamet skördar stamceller från fett som tas ut från patienten. De applicerar dessa celler på ställningen och ger dem sedan de näringsämnen de behöver för att växa till benceller. Efter några veckor implanterar kirurgerna benställningen i patientens ansikte.
Där kommer nytt ben att fortsätta att växa in i implantatet. Med tiden kommer det nya benet att äta upp ställningen helt och hållet. Till slut kommer endast patientens benceller att finnas kvar, berättade Sarindr Bhumiratana för Science News for Students. Han är biomedicinsk ingenjör och är en av de forskare vid Columbia som arbetar med benutvecklingsprojektet.
Francis Smith föddes med Treacher Collins syndrom, en sjukdom som påverkar ben och vävnader i ansiktet. Han är avbildad till höger 1978 vid 2 års ålder, innan han hade genomgått några operationer. Till vänster: Smith som han ser ut i dag, efter mer än 20 ansiktsoperationer. Han är nu forskare som studerar kraniofaciala vetenskaper vid University of Calgary i Kanada. Francis Smith
Hittills har dessa forskare endast odlat och implanterat ben i grisar. Snart planerar de dock att testa denna teknik på människor.
I en inte alltför avlägsen framtid kan människor med ansiktsdeformiteter kanske få nya käkben eller kindben byggda från grunden. ”Framtidens vetenskap är spännande”, säger Bhumiratana, ”och det kommer att bli roligt.”
Johnson, Bhumiratana och deras kollegor arbetar för att få fram ännu fler hemligheter ur ben. De hoppas att de snart kan släppa ut dessa skelett ur garderoben.
Power Words
biomedicinsk ingenjör En expert som använder vetenskap och matematik för att hitta lösningar på problem inom biologi och medicin. De kan till exempel skapa medicintekniska produkter som konstgjorda knän eller hitta nya sätt att producera vävnader för användning i kroppen.
benmärg Den mjuka, feta substansen inuti benen som producerar blodceller.
Forskare vid Columbia University odlar fram anpassade ben i de gråfärgade tankarna i mitten. En pump (till vänster) badar bencellerna med speciella vätskor och näringsämnen (rödfärgad vätska, till höger) för att hjälpa dem att växa. Sarindr Bhumiratana
benmassa Skelettets vikt.
benmineraltäthet Ett mått på mängden kalcium och andra mineraler som är packade i ett bensegment.
brittle bone disease En genetisk sjukdom som finns från födseln och som orsakar svaga, bräckliga ben; tidig hörselnedsättning och kort längd. Man tror att den drabbar 25 000 till 50 000 amerikaner. Symtomen kan variera från lindriga till potentiellt dödliga.
kalcium Ett kemiskt grundämne som de flesta organismer behöver för att växa.
molekyl En elektriskt neutral grupp av atomer som representerar den minsta möjliga mängden av en kemisk förening. Molekyler kan bestå av enstaka typer av atomer eller av olika typer. Syret i luften består till exempel av två syreatomer (O2), men vatten består av två väteatomer och en syreatom (H2O).
osteoblast Celler som syntetiserar ny benvävnad.
osteoklast Celler som bryter ner och avlägsnar gammal benvävnad.
osteocyt Den vanligaste typen av bencell. Den styr osteoblaster och osteoklaster.
osteoporos Ett tillstånd som orsakar svaga, sköra ben som lätt går sönder.
stamcell En ”tom cell” som kan ge upphov till andra typer av celler i kroppen. Stamceller spelar en viktig roll vid regenerering och reparation av vävnader.
vävnad Någon av de olika typer av material, bestående av celler, som utgör djur, växter eller svampar.
Treacher Collins syndrom En genetisk sjukdom som påverkar utvecklingen av ben och andra vävnader i ansiktet. Syndromet drabbar uppskattningsvis en av 50 000 personer och orsakar missbildningar i ansiktet och ibland hörselnedsättning och gomspalt.
vitamin D Kallas solskensvitaminet, och huden bildar denna kemikalie när den utsätts för vissa ultravioletta våglängder i solljus. Den form som tillverkas i huden är inte aktiv, utan snarare en prekursorform som kan lagras i kroppsfett tills den behövs. Den aktiva formen av detta vitamin är ett hormon som hjälper benet att ta upp kalcium. Den aktiva formen spelar också en roll i kampen mot många typer av kroniska sjukdomar, från muskelförtvining och diabetes till vissa typer av cancer och tandköttssjukdomar. Människor som inte tillbringar mycket tid utomhus eller som använder solskyddsmedel när de gör det kanske inte bildar idealiska mängder D-vitamin. Tillverkare berikar därför vissa vanliga livsmedel, särskilt mjölk och viss apelsinjuice, med D-vitamin.
