Szüksége van új orgonára? Anthony Atala sebész olyan jövőt lát, ahol egyszerűen kinyomtathatja

Az észak-karolinai Winston-Salem erősen megvilágított laboratóriumában olyan gép ül, amely sok szempontból hasonlít egy szabványkibocsátású asztali nyomtatóhoz. Tintatartályokkal és fúvókákkal, belső ventilátorral rendelkezik, hogy hűtse, és egy sor bemeneti csatlakozóval, amelyek felhasználhatók a közeli számítógéphez történő csatlakoztatáshoz. Előfordulhat, hogy alkalmanként elakad. És mégis, a 800 fontos acél- és műanyag eszköz nem hasonlít senkihez, amellyel valaha is találkozott, mert az, amit kinyomtat, életben van: millió és millió élő emberi sejt, amelyek viszkózus gélben vannak elhelyezve, és finom biológiailag lebontható támaszokon keresztül szőtt egy remegő szimulumrumban. emberi szövet.

Ebből a történetből

In situ szöveti regeneráció: Gazdasejt-toborzás és biomateriális tervezés

kapcsolodo tartalom

• Arc megtakarítása: Hogyan fejti ki az egyik úttörő sebész az arcátültetés határait

Tíz évbe telt, amíg számos tudós és mérnök felépítette és finomította az integrált szöveti és szervnyomtató rendszert, vagy az ITOP-t. Végül azonban egyedülálló ember agyalapja: Anthony Atala nevű, vörös hajú, 59 éves orvos. Peruban született és Miamiban nőtt fel, Atala - ma a Wake Forest Regeneratív Orvostudományi Intézet igazgatója - az elmúlt évtizedben élő szerveket próbált kinyomtatni.

"Számomra az egész Bostonban kezdődött, az 1990-es évek elején" - emlékszik vissza az urológus sebész és biotechnológus. „Mert éppen akkor szembesültem a transzplantációs szervhiánnyal.” Abban az időben Atala az első poszt-orvosi iskola előadásán dolgozott, kutató munkatársként a Harvard Medical School-ban. Minden héten, a bostoni gyermekkórházban zajlott fordulói során egy másik fiatal beteggel találkozott, aki hónapokat vagy akár éveket töltött pótló szervre. Néhányan meghaltak, mielőtt pótló vese vagy máj megtalálható volt. Másoknak súlyos immunológiai válaszuk volt az átültetett szervekre. Atala úgy vélte, hogy a megoldás világos, ha messzemenő: a laboratóriumi körülmények között termesztett szervek a beteg saját sejtjeiből tenyészthetők és műtétileg beültethetők a testbe.

„Abban az időben nagyon tudományos-fantasztikusnak hangzott” - emlékezett vissza Atala -, de biztos voltam benne, hogy ez a jövő. ”1999-ben egy mérföldkő kísérletben Atala és egy kutatócsoport a Szövettechnika és a Cellular Therapeutics laboratóriumában a Gyermekkórházban hét gyermeke számára pótló hólyagot épített fel, amelynek súlyos formája a spina bifida, amely egy gyengítő betegség, amely hatással lehet a húgyúti és a bélrendszerre. A szervek felépítéséhez a kutatók először kézzel állítottak fel állványokat vagy alapokat kollagénből és szintetikus polimerből. Szövetmintákat vettek a betegektől és ebből a szövetből folyékony tenyésztést végeztek. Ezután az alapokat az érintett beteg sejtjeivel - a külső izomsejtekkel és a belső hólyagsejtekkel - bevonták, és lehetővé tették a sejteknek, hogy "főzzenek" vagy növekedjenek az állványon.

Hét évvel azután, hogy az első a rendelésre készült hólyagot beültették a betegekbe, Atala és Alan Retik, a Gyermekkórház urológusa bejelentette, hogy mind a hét beteg egészséges. Ez volt az első alkalom, amikor a laboratóriumban tenyésztett szerveket sikeresen használták a hátrányos biológiai társaik pótlására. Az egyik újság az eredményt „gyógyszer Szent Gráljának” hívta.

Atala elégedett volt. De tudta, hogy a szervek kézi építése túl sok időt és erőfeszítést igényel a kereslet kielégítéséhez. Amire igazán szükség volt, egy kissé Henry Ford-féle automatizálás. 2004-ben Atala beleegyezett egy ilyen kezdeményezés vezetésébe a Wake Forest-ben, amely nem messze van az észak-karolinai kutatási háromszögtől, egy biotechnológiai központ és otthoni bázis egy maroknyi 3D-nyomtatásban részt vevő cég számára.

Az eredetileg a gyártáshoz kifejlesztett háromdimenziós nyomtatók a 2000-es évek közepére messze meghaladták a műanyagokat. Gondolj egy anyagra, és valószínű, hogy valaki nyomtatta ki: nejlon, rozsdamentes acél, csokoládé. „Láttam az intézmény és az állam közötti igazodást, hogy valóban a biotechnológiára összpontosítson” - mondja Atala. "Tudtam, hogy ha ezeket a technológiákat a betegeknek akarjuk továbbadni, akkor szükségünk van az infrastruktúrára és a támogatásra."

Az évek során Atala és munkatársai képesek voltak olyan nyomtatók kifejlesztésére, amelyek képesek az emberi szervek testreszabott állványainak kinyomtatására, amelyeket kézzel lehet bevonni emberi vagy állati sejtekkel. Ezután nyomtatót készítettek, amely a bőrsejteket közvetlenül a betegre nyomtathatja, bár rendkívül kis mennyiségben. A szövet nyomtatása azonban nagy kihívásnak bizonyult, részben azért, mert a táguló szövet szintén folyamatos vér- és tápanyagáramlást igényel. Ki tudnák nyomtatni a sejteket egy szervre, vagy nyomtathatnák az ereket és más támasztó szöveteket, de nem tudták megbirkózni egyszerre, hogy a szerv túlélje.

Aztán jött az ITOP, annak alapvető áttörő technológiáival. Az egyedi tartályok hosszabb ideig élnek az emberi és állati sejtekkel, mint a korábbi nyomtatómodellek; és a rendkívül pontos tűk vagy fúvókák nyomtatnak egy „mikromanalcsatorna” rácsos mintát, egyenként 200 mikronnal a biomatermékbe. Ezek az edények lehetővé teszik a tápanyagok áramlását a szöveten. Az év elején a Nature Biotechnologyban közzétett tanulmányban az Atala és az öt Wake Forest kutató kimutatta, hogy az ITOP-ra nyomtatott porcot, csontot és izomszövetet sikeresen beültették rágcsálókba, és két hónappal később a szövet vérrendszert fejlesztett ki. erek és idegek. Az emberi betegeken végzett vizsgálatok várhatóan körülbelül a következő évben következnek be, amíg a kormány jóvá nem hagyja.

Nem kell elkötelezett futurisztikusnak megérteni a következményeket. Ha és amikor egy olyan gép, mint például az ITOP, kereskedelmi forgalomba kerül, lehetséges, hogy egy nap egy darab pótfedelet megrendelhet. A gépek fejlődésével fejlődhetnek a bőrnyomásról a rendkívül összetett szervek, például a vesék kinyomtatására. A kórházak világszerte fel vannak szerelve az ITOP leszármazottaival. A szervhiány a múlté lenne.

Ez az álom hozta Atala-t a biotechnológiához, és ez továbbra is tartja őt. De Atala a türelmet tanácsolja: Az emberekre készített bionyomtatott anyagok tesztelése évekbe telik. Időközben fenntartotta urológiai gyakorlatát, és még mindig hetente számos beteget lát, a műtőben végzett páciensek mellett. „Ez számomra fontos - mondja -, mert emlékeztető arra, hogy kit szolgálsz - kinek csinálod ezt. Ennek a technológiának a célja a betegek életének javítása. Pont."

Feliratkozás a Smithsonian magazinra mindössze 12 dollárért

Ez a cikk a Smithsonian magazin decemberi számának válogatása