V drsně osvětlené laboratoři ve Winston-Salem v Severní Karolíně je umístěn stroj, který je v mnoha ohledech podobný stolní tiskárně standardního vydání. Má inkoustové nádrže a trysky, interní ventilátor, který ho udržuje v chladu, a sadu vstupních konektorů, které lze použít k jeho připojení k blízkému počítači. Je předmětem občasného zaseknutí. A přesto je zařízení na výrobu oceli a plastů o hmotnosti 800 liber na rozdíl od všeho, s čím jste se kdy setkali, protože to, co tiskne, je živé - miliony a miliony živých lidských buněk, které jsou obsaženy ve viskózním gelu a tkané pomocí jemných biologicky rozložitelných nosičů v chvějící se simulacrum lidská tkáň.
Z tohoto příběhu
In situ tkáňová regenerace: Nábor hostitelských buněk a návrh biomateriálů
KoupitSouvisející obsah
- Saving Face: Jak jeden průkopnický chirurg tlačí na hranice transplantací obličeje
Trvalo deset let, než mnoho vědců a techniků vytvořilo a zdokonalilo integrovaný systém pro tisk tkání a orgánů nebo ITOP. Nakonec je to však mozek jednoho člověka: 59letého doktora jménem Anthony Atala. Atala, narozená v Peru a vychovávána mimo Miami, dnes - ředitelka Wake Forest Institute for Regenerative Medicine - strávila posledních deset let pokusem o tisk živých orgánů.
"Pro mě to všechno začalo v Bostonu počátkem 90. let, " vzpomíná urologický chirurg a biotechnolog. „Protože to bylo, když jsem se opravdu potkal s nedostatkem transplantačních orgánů.“ Atala tehdy pracoval na svém prvním postmedicínském školním koncertu jako výzkumný pracovník na Harvardské lékařské fakultě. Každý týden, během svých kol v Bostonské dětské nemocnici, potkal jiného mladého pacienta, který strávil měsíce nebo dokonce roky čekáním na náhradní orgán. Někteří zemřeli dříve, než bylo nalezeno náhradní ledviny nebo játra. Jiní měli závažné transplantované orgány na transplantované orgány. Atala věřila, že řešení bylo jasné, pokud bylo velmi přitažené: laboratorně pěstované orgány kultivované z pacientových vlastních buněk a chirurgicky implantované do těla.
"V té době to znělo velmi vědecky vymysleně, " vzpomněla si Atala, "ale byla jsem si jistá, že to bude budoucnost." V roce 1999 byla Atala a tým vědců v Laboratoři tkáňového inženýrství a buněčné terapie v mezníkovém experimentu v mezníkovém experimentu. v dětské nemocnici postavil náhradní močový měchýř pro sedm dětí s těžkou formou spina bifida, oslňující onemocnění, které může ovlivnit močový trakt a střeva. Při stavbě orgánů vědci nejprve ručně stavěli lešení nebo základy kolagenu a syntetického polymeru. Odebrali vzorky tkáně od pacientů a kultivovali buňky z této tkáně v kapalině. Poté pokryli základy buňkami příslušného pacienta - svalovými buňkami zvenčí a buňkami močového měchýře uvnitř - a nechali buňky „vařit“ nebo růst na lešení.
Sedm let poté, co byl pacientům implantován první močový měchýř na míru, Atala a Alan Retik, urolog v dětské nemocnici, oznámili, že všech sedm pacientů bylo v dobrém zdravotním stavu. Bylo to poprvé, kdy byly laboratorně kultivované orgány úspěšně použity jako náhrada za jejich churavé biologické protějšky. Jeden noviny označily výsledky za „svatý grál medicíny“.
Atala byla potěšena. Věděl však, že budování orgánů rukou vyžaduje příliš mnoho času a úsilí na uspokojení poptávky. To, co bylo skutečně potřeba, bylo trochu automatizace Henryho Forda. V roce 2004 se Atala dohodla na vedení takové iniciativy ve Wake Forest, který není daleko od výzkumného trojúhelníku v Severní Karolíně, biotechnologického centra a domovské základny pro hrst společností 3-D-printing.
Když si můžete objednat novou část těla online, budete muset poděkovat tomuto lékaři.Původně vyvinutý pro výrobu, 3-D tiskárny se v polovině roku 2000 posunuly daleko za plasty. Pomyslete na materiál a je pravděpodobné, že to někdo tiskl: nylon, nerezová ocel, čokoláda. "Viděl jsem sladění mezi institucí a státem, aby se opravdu zaměřil na biotechnologie, " říká Atala. "Věděl jsem, že pokud budeme tyto technologie tlačit k pacientům, potřebujeme infrastrukturu a podporu na místě."
V průběhu let byli Atala a jeho zaměstnanci schopni vyvinout tiskárny schopné tisknout přizpůsobené lešení lidských orgánů, které by bylo možné ručně potáhnout lidskými nebo zvířecími buňkami. Pak postavili tiskárnu, která mohla tisknout kožní buňky přímo na pacienta, i když v extrémně malém množství. Ukázalo se však, že tisk tkáně je velkou výzvou, částečně proto, že rozšiřující se tkáň rovněž vyžaduje stabilní tok krve a živin. Mohli tisknout buňky na orgán, nebo mohli tisknout krevní cévy a jiné podpůrné tkáně, ale nedokázali vytisknout oba současně takovým způsobem, aby orgán přežil.
Pak přišel ITOP s jeho zásadními průlomovými technologiemi. Unikátní zásobníky udržují lidské a zvířecí buňky naživu déle než dřívější modely tiskáren; a extrémně přesné jehly nebo trysky tisknou do biomateriálu mřížku „mikrokanálů“ o délce 200 mikronů. Tyto cévy umožňují, aby živiny protékaly tkání. V příspěvku publikovaném začátkem tohoto roku v Nature Biotechnology, Atala a pět vědců Wake Forest odhalili, že chrupavka, kostní a svalová tkáň vytištěná na ITOP byla úspěšně implantována hlodavcům a že o dva měsíce později si tkáň vyvinula systém krve cévy a nervy. Zkoušky na lidských pacientech budou pravděpodobně následovat v příštím roce, až do schválení vládou.
Nebere si odhodlaný futurista, aby pochopil důsledky. Pokud a jakmile stroj, jako je ITOP, přejde do komerční výroby, je možné jednoho dne „objednat“ kus náhradní kůže. Jak se stroje zlepšují, mohou se vyvinout z tisku kůže na tisk extrémně složitých orgánů, jako jsou ledviny. Nemocnice na celém světě by byly vybaveny potomky ITOP. Nedostatek orgánů by byl minulostí.
To je sen, který přivedl Atalu do biotechnologie, a stále ho udržuje dál. Ale Atala radí trpělivost: Testy biotiskového materiálu na lidech mohou trvat roky. Mezitím si udržoval urologickou praxi a stále navštěvuje řadu pacientů týdně, kromě stints v operačním sále. „To je pro mě důležité, “ říká, „protože je to připomínka komu sloužíš - komu to děláš. Cílem této technologie je zlepšit život pacientů. Tečka."
Přihlaste se k odběru časopisu Smithsonian za pouhých 12 USD
Tento článek je výběr z prosincového čísla časopisu Smithsonian
Koupit
