Na drugim piętrze Wake Forest Institute for Regenerative Medicine, niedaleko banku wind, znajduje się kolekcja wyblakłych odcisków przedstawiających wspaniałe momenty w historii medycyny. W jednym starożytny babiloński farmaceuta trzyma w górze fiolkę z lekiem. Inny pokazuje greckiego lekarza Hipokratesa opiekującego się pacjentem w V wieku pne Odciski zostały wydane lekarzom pół wieku temu przez firmę farmaceutyczną Parke-Davis, która reklamowała je jako główną atrakcję historyczną. Ale nie jest trudno odczytać ich obecność w Wake Forest, domu być może największej koncentracji futurystów medycznych na planecie, jako ostateczny żart: Czy możesz uwierzyć, jak daleko zaszliśmy?
Z tej historii
Ponadczasowe pokolenie
KupowaćKiedy odwiedziłem instytut, w starym miasteczku tytoniowym w Północnej Karolinie, Winston-Salem, minąłem przewiewne laboratoria, w których pomalowani na biało pracownicy przemieszczali się tam iz powrotem po wyłożonej kafelkami podłodze. Na jednym stole, ułożonym jak na wystawę sztuki, leżały pajęcze odlewy żył nerkowych, oddane w odcieniach fioletu, indygo i waty cukrowej. W korytarzu maszyna przepuszczała sporadyczne prądy elektryczne przez dwa zestawy ścięgien mięśni, jeden wycięty od szczura, a drugi wykonany z biomateriałów i komórek.
Badacz imieniem Young-Joon Seol spotkał mnie przy drzwiach do pokoju z napisem „Bioprinting”. Young-Joon, potargany i noszący okulary w plastikowych oprawkach, dorastał w Korei Południowej i kształcił się w inżynierii mechanicznej na uniwersytecie w Pohang. W Wake Forest jest częścią grupy współpracującej z niestandardowymi bioprinterami laboratorium, potężnymi maszynami działającymi w taki sam sposób, jak standardowe drukarki 3D: Obiekt jest skanowany lub projektowany za pomocą oprogramowania do modelowania. Dane te są następnie przesyłane do drukarki, która za pomocą strzykawek nakłada kolejne warstwy materii, aż pojawi się trójwymiarowy obiekt. Tradycyjne drukarki 3D zwykle pracują w plastiku lub wosku. „Co się tu różni” - powiedział Young-Joon, trącając okulary w nos. - Mamy możliwość wydrukowania czegoś, co żyje.
Wskazał maszynę po prawej stronie. To przypominało jedną z tych gier z pazurami, które można znaleźć na przystankach na autostradzie. Rama była z metalu ciężkiego, ściany przezroczyste. Wewnątrz było sześć strzykawek ustawionych w rzędzie. Jeden trzymał biokompatybilny plastik, który po wydrukowaniu tworzyłby blokującą się strukturę rusztowania - zasadniczo szkielet - drukowanego ludzkiego organu lub części ciała. Inne mogą być wypełnione żelem zawierającym ludzkie komórki lub białka w celu przyspieszenia ich wzrostu.
Atala opiera się na niestandardowym bioprinterie 3D. Siedemdziesiąt cztery procent Amerykanów uważa, że narządy bioinżynieryjne są „odpowiednim zastosowaniem” technologii. Oczekuje się, że liczba drukarek 3D używanych przez centra medyczne podwoi się w ciągu najbliższych pięciu lat. (Jeremy M. Large) 
W przyszłości instytut ma nadzieję na wykiełkowanie rusztowań wykonanych na drukarkach takich jak ta z żywymi komórkami w celu wytworzenia części ciała do przeszczepu. (Jeremy M. Large) 
W technologii zwanej „ciałem na czipie” naukowcy wykorzystują cztery małe narządy laboratoryjne na czerwonych czipach połączonych rurkami krążącymi w substytutach krwi, aby przetestować wpływ patogenów, leków i chemikaliów na ludzkie ciało. (Jeremy M. Large) 
Ucho jest jedną z pierwszych struktur, które laboratoria próbowały opanować jako odskocznię w kierunku bardziej skomplikowanych. (Jeremy M. Large) 
Specjalnie zbudowany trójwymiarowy bioprinter współpracuje z biokompatybilnym tworzywem sztucznym, tworząc zblokowaną strukturę rusztowania. (Jeremy M. Large) 
„Duchowe” świniowate serce pozbawione komórek tkankowych. Niektórzy badacze mają nadzieję na przeszczepienie takich narządów ludziom po wysianiu ich komórkami ludzkimi. (Texas Heart Institute) 
Naukowcy z Wake Forest Institute for Regenerative Medicine tworzą rusztowania - zasadniczo szkielety - dla dolnej twarzy i prawego ucha. (Jeremy M. Large) 
W końcu obiekt wykonany na drukarce 3D stałby się tak samo częścią ciała pacjenta, jak organ, z którym się urodziła. (Jeremy M. Large) 
Urządzenie, które pewnego dnia może testować leki, krąży we krwi substytutem małych organoidów hodowanych w laboratorium, które naśladują funkcje serca, wątroby, płuc i naczyń krwionośnych. (Jeremy M. Large) Podczas drukowania rusztowania komórki od zamierzonego pacjenta są drukowane na rusztowaniu i wewnątrz niego; struktura jest umieszczona w inkubatorze; komórki mnożą się; i zasadniczo przedmiot jest wszczepiany pacjentowi lub w niego. Z czasem przedmiot staje się tak samo częścią ciała pacjenta, jak organy, z którymi się urodził. „W każdym razie taka jest nadzieja” - powiedział Young-Joon.
Young-Joon zaprogramował jedną z drukarek, aby rozpoczęła proces tworzenia rusztowania dla ludzkiego ucha, a pomieszczenie wypełniło się pocieszającym elektronicznym grzmotem przerywanym tylko od czasu do czasu sapaniem z drukarki - uwolnieniem sprężonego powietrza, które go utrzymywało pracujący. Spoglądając przez szklaną gablotę, widziałem, jak rusztowanie powstaje stopniowo - małe, delikatne, bardzo przypominające uszy . Ponieważ proces ten potrwałby godziny, Young-Joon podał mi gotową wersję do obsługi. Było jasne; spoczywał na mojej dłoni jak motyl.
Zewnętrzna struktura ucha jest jedną z pierwszych struktur, które instytut w Wake Forest (i innych ośrodkach badawczych) próbował opanować, jako krok w kierunku bardziej skomplikowanych. Pracownicy Wake Forest zaimplantowali biologiczną skórę, uszy, kości i mięśnie zwierzętom laboratoryjnym, gdzie z powodzeniem wyrosły w otaczającą tkankę.
Dla ewangelistów bioprint, którzy stale się zwiększają - oczekuje się, że liczba drukarek 3D wysłanych do placówek medycznych podwoi się w ciągu najbliższych pięciu lat - próby będą zwiastunem świata, który dopiero się koncentruje: świata, w którym pacjenci zamawiaj części zamienne do swojego ciała w taki sam sposób, w jaki zamawiał gaźnik zamienny do swojego Chevroleta.
„Pomyśl o tym jak o modelu Dell” - powiedział Anthony Atala, urolog dziecięcy i dyrektor instytutu, odnosząc się do słynnego modelu „bezpośredniej” relacji firmy komputerowej między konsumentem a producentem. Siedzieliśmy w biurze Atali na czwartym piętrze centrum badawczego. „Mają firmy, które istnieją, aby przetwarzać komórki, tworzyć konstrukty, tkanki. Twój chirurg może pobrać skan CT i próbkę tkanki i wysłać ją do tej firmy ”- powiedział. Mniej więcej tydzień później przyszedł do organu w sterylnym pojemniku za pośrednictwem FedEx, gotowy do implantacji. Presto, zmiana-o : Nowy kawałek mnie - ciebie - wykonany na zamówienie.
„Co ciekawe, nie ma prawdziwych wyzwań chirurgicznych”, powiedział Atala. „Są tylko przeszkody technologiczne, które musisz pokonać, aby upewnić się, że opracowana tkanka działa prawidłowo.”
Zbliżamy się do „prostych” narządów, takich jak skóra, ucho zewnętrzne, tchawica rurkowata. Jednocześnie Atala nie może powstrzymać się od spojrzenia na to, co może nastąpić później. W swojej najbardziej optymistycznej postaci lubi wyobrażać sobie rozległy przemysł biodruku, zdolny do rozkręcania dużych i złożonych narządów, bez których ciało by się zawiodło, takich jak wątroba czy nerka. Branża, która mogłaby sprawić, że tradycyjne przeszczepy - z ich długim, często śmiertelnym czasem oczekiwania i stale obecnym ryzykiem odrzucenia narządu - były całkowicie przestarzałe.
To byłaby rewolucja medyczna. Zmieniłoby wszystko. A jeśli ma rację, Wake Forest, z mruczącymi bioprinterami i mięsistymi uszami oraz wielokolorowymi żyłami i tętnicami, może być tym, od czego wszystko się zaczyna.
Idea, że złamany kawałek nas samych może zostać zastąpiony zdrowym kawałkiem lub kawałkiem kogoś innego, sięga wieków. Cosmas i Damian, święci patroni chirurgów, mieli przypiąć nogę niedawno zmarłego etiopskiego Maura do białego Rzymianina w III wieku naszej ery, temat przedstawiony przez wielu artystów renesansu. W XX wieku medycyna zaczęła wreszcie doganiać wyobraźnię. W 1905 roku okulista Eduard Zirm z powodzeniem wyciął rogówkę od zranionego 11-letniego chłopca i wyemigrował ją do ciała 45-letniego czeskiego robotnika rolnego, którego oczy zostały uszkodzone, gdy oblewał wapno. Dziesięć lat później Sir Harold Gillies, czasami nazywany ojcem-założycielem chirurgii plastycznej, wykonał przeszczepy skóry u brytyjskich żołnierzy podczas I wojny światowej.
Ale pierwszy udany przeszczep dużego narządu - organu niezbędnego do funkcjonowania człowieka - nastąpił dopiero w 1954 r., Kiedy Ronald Herrick, 23-latek z Massachusetts, podarował jedną ze swoich zdrowych nerek swojemu bratu bliźniakowi, Richardowi, który cierpiał na przewlekłe zapalenie nerek. Ponieważ identyczne bliźniaki Herrick posiadały to samo DNA, Joseph Murray, chirurg szpitala Peter Bent Brigham (obecnie znany jako Brigham and Women), był przekonany, że znalazł rozwiązanie problemu odrzucenia narządu.
W swojej autobiografii Surgery of the Soul Murray przypomniał sobie moment triumfu. „Na sali operacyjnej panowała cisza, kiedy delikatnie zdjęliśmy zaciski z naczyń nowo przymocowanych do nerki dawcy. Gdy przepływ krwi został przywrócony, nowa nerka Richarda zaczęła się pochłaniać i zmieniać kolor na różowy ”- napisał. „Wszędzie były uśmiechy”. Dzięki Herricks Murray udowodnił istotną kwestię dotyczącą naszej krótkowzroczności biologicznej, wgląd, który napędza tak wiele dzisiejszych najnowocześniejszych bioinżynierii: Nic nie zastąpi użycia własnego materiału genetycznego pacjenta.
Wraz z postępem nauki chirurgii wraz z terapiami immunosupresyjnymi, które pozwalały pacjentom przyjmować obce narządy, to, co kiedyś wydawało się prawie niedostępne, stało się rzeczywistością. Pierwszy udany przeszczep trzustki przeprowadzono w 1966 r., Pierwszy przeszczep serca i wątroby w 1967 r. Do 1984 r. Kongres uchwalił ustawę o transplantacji narządów, która utworzyła krajowy rejestr dopasowywania narządów i dążyła do zapewnienia sprawiedliwego rozmieszczenia narządów dawcy . W szpitalach w całym kraju lekarze przekazali wiadomości tak delikatnie, jak tylko mogli - podaż po prostu nie zaspokaja popytu, trzeba będzie czekać - aw wielu przypadkach obserwowali, jak pacjenci umierają, czekając, aż ich nazwiska zostaną zaznaczone na górze listy. Ten podstawowy problem nie zniknął. Według amerykańskiego Departamentu Zdrowia i Opieki Społecznej 21 osób umiera każdego dnia w tym samym kraju, czekając na narząd. „Dla mnie żądanie nie było abstrakcyjne”, powiedziała mi niedawno Atala. „To było bardzo prawdziwe, było bolesne i doprowadziło mnie do szału. Zmusiło nas wszystkich do znalezienia nowych poprawek. ”
Atala, który ma 57 lat, jest szczupły i lekko zgarbiony, z szokiem brązowych włosów i łatwym uprzejmością - zachęca wszystkich, by nazywali go Tony. Urodzony w Peru i wychowany na Florydzie, Atala zdobył wykształcenie medyczne i specjalistyczne szkolenie z urologii na University of Louisville. W 1990 roku otrzymał dwuletni staż w Harvard Medical School. (Dzisiaj, w Wake Forest, wciąż blokuje co najmniej jeden dzień w tygodniu, aby zobaczyć pacjentów.) W Harvard dołączył do nowej fali młodych naukowców, którzy wierzyli, że jednym z rozwiązań niedoboru dawcy narządów może być stworzenie w laboratorium, części zamiennych.
Jednym z ich pierwszych dużych projektów była próba wyhodowania ludzkiego pęcherza - stosunkowo dużego narządu, ale wydrążonego, dość prostego w działaniu. Użył igły do szycia, aby ręcznie zszyć biodegradowalne rusztowanie. Później wziął komórki urotelialne z pęcherza moczowego i dróg moczowych potencjalnego pacjenta i pomnożył je w laboratorium, a następnie nałożył komórki na strukturę. „To było jak pieczenie ciasta warstwowego” - powiedziała mi Atala. „Zrobiliśmy to pojedynczo. A kiedy już zaszczepimy wszystkie komórki, ponownie umieszczamy je w inkubatorze i pozwalamy, by gotowało. ”W ciągu kilku tygodni wyłoniła się mała biała kula, nie tak bardzo podobna do rzeczywistości.
W latach 1999-2001, po serii testów na psach, pęcherze wyhodowane na zamówienie przeszczepiono siedmiu młodym pacjentom cierpiącym na rozszczep kręgosłupa, zaburzenie osłabiające, które powodowało uszkodzenie ich pęcherzy. W 2006 r., W bardzo zwiastunowym artykule w Lancecie, Atala ogłosiła, że siedem lat później bioinżynieryczne pęcherze działają wyjątkowo dobrze. To był pierwszy przypadek, w którym narządy ludzkie wyhodowano w laboratorium z powodzeniem. „To jeden mały krok w naszej zdolności do pójścia naprzód w zastępowaniu uszkodzonych tkanek i narządów”, powiedział w tym czasie Atala w komunikacie prasowym, powtarzając słowa Neila Armstronga. Był to reprezentatywny przykład jednego z głównych darów Atali. Jak powiedział mi David Scadden, dyrektor Centrum Medycyny Regeneracyjnej w Massachusetts General Hospital oraz dyrektor Harvard Stem Cell Institute, „Atala zawsze była wizjonerem. Zawsze był odważny i bardzo skuteczny w zwracaniu uwagi na naukę. ”
Pęcherze były ważnym kamieniem milowym, ale nie były szczególnie wysokie pod względem zapotrzebowania pacjentów. Co więcej, wieloetapowy proces zatwierdzania wymagany przez amerykańską Agencję ds. Żywności i Leków dla takich procedur może zająć trochę czasu. Dzisiaj pęcherze zaprojektowane przez Atalę nie otrzymały jeszcze zgody na szerokie zastosowanie. „Kiedy myślisz o medycynie regeneracyjnej, musisz myśleć nie tylko o tym, co jest możliwe, ale o tym, co jest potrzebne”, powiedziała mi Atala. „Musisz pomyśleć:„ Mam tylko tyle czasu, więc co może wywrzeć największy możliwy wpływ na życie większości ludzi? ”
Dla Atali odpowiedź była prosta. Około ośmiu na dziesięciu pacjentów na liście przeszczepów potrzebuje nerki. Zgodnie z ostatnimi szacunkami na dawcę czekają średnio cztery i pół roku, często w poważnym bólu. Gdyby Atala naprawdę chciała rozwiązać kryzys związany z niedoborem narządów, nie było innego wyjścia: musiałby poradzić sobie z nerkami.
Od samego początku lat 80. XX wieku, kiedy postrzegano go głównie jako narzędzie przemysłowe do budowy prototypów, druk 3D stał się przemysłem wartym wiele miliardów dolarów, z coraz szerszym zakresem potencjalnych zastosowań, od butów designerskich po korony dentystyczne do domowych plastikowych pistoletów. (Dzisiaj możesz wejść do sklepu z elektroniką i kupić przenośną drukarkę 3D za mniej niż 500 USD.) Pierwszym badaczem medycznym, który dokonał skoku do materii żywej, był Thomas Boland, który będąc profesorem bioinżynierii na Uniwersytecie Clemson w Karolina Południowa w 2003 r. Złożyła wniosek patentowy na niestandardową drukarkę atramentową zdolną do drukowania ludzkich komórek w mieszaninie żelowej. Wkrótce badacze tacy jak Atala majstrowali przy swoich własnych wersjach maszyny.
Dla Atali obietnica bioprint ma wszystko wspólnego ze skalą. Chociaż z powodzeniem wyhodował organ w laboratorium i przeszczepił go człowiekowi, proces ten był niezwykle czasochłonny, brakowało precyzji, odtwarzalność była niska, a możliwość błędu ludzkiego wszechobecna.
W Wake Forest, gdzie Atala został dyrektorem założycielem instytutu w 2004 r., Zaczął eksperymentować z drukowaniem struktur skóry, kości, mięśni, chrząstek i przede wszystkim nerek. W ciągu kilku lat był wystarczająco pewny swoich postępów, aby się tym pochwalić. W 2011 r. Atala wygłosił przemówienie TED na temat przyszłości narządów bioinżynieryjnych, które odtąd oglądano ponad dwa miliony razy. Ubrany w plisowane khaki i koszulę w paski z guzikami w paski, mówił o „poważnym kryzysie zdrowotnym” spowodowanym brakiem narządów, częściowo wynikającym z naszej dłuższej żywotności. Opisał wyzwania medyczne, które przezwyciężyły innowacje i uparte prace laboratoryjne: opracowanie najlepszych biomateriałów do zastosowania w rusztowaniach, nauczenie się, jak hodować komórki specyficzne dla narządów poza ludzkim ciałem i utrzymywać je przy życiu. (Wyjaśnił, że niektóre komórki, takie jak trzustka i wątroba, uparcie utrudniają wzrost).
I mówił o bioprint, pokazując wideo kilku swoich drukarek pracujących w laboratorium, a następnie ujawniając drukarkę za sobą na scenie, zajęty budowaniem różowawego kulistego obiektu. Pod koniec swojej rozmowy jeden z jego kolegów wyszedł z dużą zlewką wypełnioną różowym płynem.
Podczas gdy tłum siedział w milczeniu, Atala sięgnęła do zlewki i wyciągnęła coś, co wyglądało na oślizłą, zbyt dużą fasolę. W mistrzowskim pokazie pokazowym trzymał przedmiot do przodu w złożonych dłoniach. „Możesz zobaczyć nerkę taką, jaka została dzisiaj wydrukowana” - powiedział. Tłum wybuchł spontanicznymi oklaskami. Następnego dnia informacyjna agencja prasowa Agence France-Presse ujawniła w szeroko rozpowszechnionym artykule, że Atala wydrukowała „prawdziwą nerkę” na maszynie, która „eliminuje potrzebę dawców, jeśli chodzi o przeszczepy narządów”.
Nadchodziła przyszłość.
A potem nie było.
W rzeczywistości to, co Atala trzymała na scenie, nie było działającą ludzką nerką. Był to bezwładny, niezwykle szczegółowy model, przedsmak tego, co miał nadzieję i sądził, że kiedyś przyniesie druk biologiczny. Jeśli dokładnie obejrzysz prezentację, zobaczysz, że Atala nigdy nie obiecał, że to, co trzymał, jest działającym organem. Mimo to krytycy odrzucili to, co uważali za wysokiej jakości ćwiczenie efektów specjalnych.
W zeszłym roku Jennifer Lewis, materiałoznawca z Harvardu i wiodący badacz w dziedzinie biodruku (jej specjalnością jest inżynieria tkanek unaczynionych), zdawała się krytykować Atalę w wywiadzie dla New Yorkera . „Myślałem, że to wprowadzające w błąd”, powiedziała, odnosząc się do TED Talk. „Nie chcemy dawać ludziom fałszywych oczekiwań, a to nadaje temu polu złą nazwę”.
W następstwie TED Talk firma Wake Forest wydała komunikat prasowy, w którym podkreśliła, że minie dużo czasu, zanim nerka z bioprintem może wejść na rynek. Kiedy zapytałem Atalę, czy nauczył się czegoś z kontrowersji, odmówił bezpośredniego skomentowania, wskazując zamiast tego, dlaczego nie lubi oznaczać znacznika czasu jakimkolwiek konkretnym projektem. „Nie chcemy dawać pacjentom fałszywej nadziei” - powiedział mi.
Odczepianie doskonale ilustruje jedno z głównych wyzwań, przed którymi stoją badacze w dziedzinie medycyny regeneracyjnej: chcesz wzbudzić entuzjazm w zakresie tego, co jest możliwe, ponieważ entuzjazm może przełożyć się na prasę, fundusze i zasoby. Chcesz zainspirować ludzi wokół ciebie i kolejne pokolenie naukowców. Ale nie chcesz fałszywie przedstawiać tego, co jest realistycznie w zasięgu ręki.
A jeśli chodzi o duże, skomplikowane narządy, pole wciąż ma wiele do zrobienia. Usiądź z ołówkiem i kartką papieru, a trudno sobie wyobrazić coś bardziej złożonego architektonicznie lub funkcjonalnie niż ludzka nerka. Wnętrze narządu wielkości pięści składa się z tkanek stałych poprzecinanych skomplikowanym systemem dróg krwionośnych o średnicy zaledwie 0, 010 milimetra oraz około miliona małych filtrów zwanych nefronami, które wysyłają zdrowe płyny z powrotem do krwiobieg i odpady do pęcherza w postaci moczu. Aby wykonać bioprint nerki, musisz być w stanie hodować i wprowadzać nie tylko działające komórki nerkowe i nefrony, musisz także opanować sposób wypełniania narządu układem naczyniowym, aby utrzymać narząd zasilany krwią i składnikami odżywczymi to potrzebuje. I musiałbyś to wszystko zbudować od środka.
Dlatego wielu badaczy bada opcje, które nie obejmują drukowania tych struktur od zera, ale zamiast tego próbują użyć tych już zaprojektowanych przez naturę. W Texas Heart Institute w Houston Doris Taylor, dyrektor programu badań medycyny regeneracyjnej instytutu, eksperymentuje z pozbawionymi komórek świniowatymi sercami - narządami pozbawionymi mięśni i wszystkich innych żywych komórek tkankowych w kąpieli chemicznej, pozostawiając tylko leżąca u podstaw macierz kolagenowa. Organ bezkomórkowy jest blady i widmowy - przypomina jarzeniowy sztyft pozbawiony roztworu, który kiedyś go rozjaśnił. Ale co najważniejsze, proces ten pozostawia nienaruszoną architekturę wewnętrzną narządu, układ naczyniowy i wszystko inne.
Taylor ma nadzieję, że pewnego dnia wykorzysta pozbawione komórek świnie, ponownie zaludnione komórkami ludzkimi, do przeszczepu u ludzi. Jak dotąd jej zespół wstrzyknął serca żywym komórkom bydlęcym i umieścił je u krów, gdzie skutecznie biły i pompowały krew obok pierwotnego, zdrowego serca krów. Dla Taylora takie podejście omija wyzwania związane ze znalezieniem sposobów drukowania w niewiarygodnie wysokiej rozdzielczości wymaganej przez sieci naczyniowe. „Technologia będzie musiała znacznie poprawić, zanim będziemy w stanie wykonać bioprint nerki lub serca, przelać krew i utrzymać ją przy życiu” - mówi Taylor.
Naukowcy z Wake Forest eksperymentują również z pozbawionymi komórek organami zwłok zwierząt i ludzi. Rzeczywiście, chociaż Atala postrzega nerkę zastępczą jako Świętego Graala, nie udaje, że zbudowanie jej będzie procesem inkrementalnym, podejmowanym z różnych punktów widzenia. Podczas gdy naukowcy z instytutu i gdzie indziej pracują nad udoskonaleniem drukowania zewnętrznej struktury narządu i architektury wewnętrznej, eksperymentują również z różnymi sposobami drukowania i wzrostu naczyń krwionośnych. Jednocześnie doskonalą techniki hodowli żywych komórek nerkowych niezbędne do tego, aby wszystko działało, w tym nowy projekt propagacji komórek nerkowych pobranych z biopsji zdrowej tkanki pacjenta.
Kiedy rozmawialiśmy, Atala podkreślił, że jego celem jest przekształcenie funkcjonującego, skonstruowanego dużego organu w istotę ludzką, która desperacko go potrzebuje, bez względu na to, czy narząd ten został wydrukowany w sposób biologiczny, czy nie. „Jakakolwiek technologia jest potrzebna, aby się tam dostać” - powiedział.
A jednak szybko zauważył, że sposób, w jaki się tam dostaniesz, nie jest nieistotny: ostatecznie chcesz położyć podwaliny pod przemysł, który zapewni, że nikt - czy to w nadchodzących dziesięcioleciach, czy w 22 wieku, w zależności od twój poziom optymizmu - znów będziesz chciał organu ratującego życie. Aby to zrobić, nie możesz przejść do tego ręcznie.
„Będziesz potrzebować urządzenia, które będzie w stanie wytwarzać ten sam rodzaj organów raz za razem”, powiedziała mi Atala. „Tak jak to zrobiono maszynowo.”
Pewnego popołudnia zatrzymałem się przy biurku profesora nadzwyczajnego w Instytucie Johna Jacksona. Jackson, 63, jest z zawodu eksperymentalnym hematologiem. Przybył do Wake Forest cztery lata temu i porównał przeprowadzkę do instytutu z całą technologią nowej generacji jako „powrót do szkoły od nowa”.
Jackson nadzoruje rozwój drukarki komórek skóry, która jest przeznaczona do drukowania szeregu żywych komórek skóry bezpośrednio na pacjencie. „Powiedz, że masz obrażenia skóry”, zasugerował Jackson. „Zeskanowałbyś tę ranę, aby uzyskać dokładny rozmiar i kształt wady, i uzyskałeś trójwymiarowy obraz wady. Następnie możesz wydrukować komórki ”- które są hodowane w hydrożelu -„ w dokładnie takim kształcie, jaki potrzebujesz, aby dopasować się do rany ”. W tej chwili drukarka może położyć dwie tkanki na dwóch górnych warstwach skóry, wystarczająco głębokie, aby je leczyć… i leczyć - większość ran oparzeniowych. W dalszej kolejności laboratorium ma nadzieję wydrukować głębiej pod powierzchnią skóry i wydrukować bardziej skomplikowane warstwy skóry, w tym tkankę tłuszczową i głęboko zakorzenione mieszki włosowe.
Jackson oszacował, że próby kliniczne mogą rozpocząć się w ciągu najbliższych pięciu lat, do czasu zatwierdzenia przez FDA. W międzyczasie jego zespół był zajęty testowaniem drukarki skórnej na świniach. Odwinął duży plakat, który został podzielony na panele. Na pierwszym było szczegółowe zdjęcie kwadratowej rany, około czterech cali z jednej strony, którą technicy przecięli na grzbiecie świni. (Świnie poddano znieczuleniu ogólnemu.) Tego samego dnia naukowcy wydrukowali komórki bezpośrednio na ranie, proces ten trwał około 30 minut. Na fotografiach po wydrukowaniu można było zauważyć rozbieżność w kolorze i fakturze: obszar był bardziej szary i matowy niż naturalne mięso świni. Ale było niewiele marszczenia, brak uniesionej lub prążkowanej tkanki bliznowej, az czasem żel mniej więcej całkowicie stopił się z otaczającą skórą.
Drukarka skórno-komórkowa jest jednym z kilku aktywnych projektów w instytucie, który otrzymuje fundusze z Departamentu Obrony USA, w tym inicjatywy regeneracji tkanek na obrażenia twarzy i narządów płciowych, które były endemiczne wśród amerykańskich żołnierzy rannych w ostatnich wojnach. W ubiegłym roku naukowcy pod przewodnictwem Atali ogłosili udaną implantację pochwy zaprojektowaną z wykorzystaniem własnych komórek pacjentów u czterech nastolatków cierpiących na rzadkie zaburzenie rozrodcze zwane zespołem Mayera-Rokitansky'ego-Küstera-Hausera. Wake Forest testuje również hodowane w laboratorium i pozbawione komórek penisy zwłok i zwieracze odbytu na zwierzętach, mając nadzieję na rozpoczęcie prób na ludziach w ciągu najbliższych pięciu lat.
Peryferia, nowa powieść futurystycznego Williama Gibsona, który ukuł termin „cyberprzestrzeń” i przewidziała większość rewolucji cyfrowej, ma miejsce w czasie, gdy ludzie są w stanie „fab” - zasadniczo drukować w 3D - wszystko, czego potrzebują : narkotyki, komputery, odzież. Ogranicza ich tylko wyobraźnia. A jednak zgarbiony nad plakatem Jacksona, pomyślałem, że nawet Gibson tego nie przewidział: żywe ciało na żądanie.
Podszedłem do biura Atali. Światło słoneczne rozpryskiwało się po podłodze i wysoki zestaw półek z książkami, na których widniały zdjęcia dwóch młodych synów Atali i kilka egzemplarzy jego podręcznika, Zasady medycyny regeneracyjnej .
Przez cały ranek był w sali operacyjnej (jest także prezesem urologii szkoły medycznej) i nie spodziewał się, że wróci do domu do późnego wieczora, ale był wesoły i pełen energii. Zapytałem go, czy kiedykolwiek rozważał rezygnację z praktyki i skupienie się wyłącznie na badaniach.
Potrząsnął głową. „Pod koniec dnia poszedłem do medycyny, aby zająć się pacjentami” - powiedział. „Uwielbiam mieć takie relacje z rodzinami i pacjentami. Ale równie ważne, pozwala mi być w kontakcie z potrzebą. Bo jeśli widzę tę potrzebę z pierwszej ręki, jeśli potrafię wyrazić twarz temu problemowi - cóż, wiem, że będę dalej nad tym pracował, próbuję to rozgryźć ”.
