В силно осветена лаборатория в Уинстън-Салем, Северна Каролина, седи машина, която в много отношения е подобна на стандартен настолен принтер. Разполага с резервоари за мастило и дюзи, вътрешен вентилатор за поддържане на хладно и набор от входни жакове, които могат да се използват за свързване към компютър наблизо. Подлага се на случайно сладко. И въпреки това 800-килограмовото стоманено и пластмасово устройство е за разлика от всичко, което някога сте срещали, защото това, което отпечатва, е живо - милиони и милиони живи човешки клетки, съдържащи се във вискозен гел и изтъкани от деликатни биоразградими опори в трептящ симулак на човешка тъкан.
От тази история
При регенерация на тъканни тъкани: Набиране на клетки от гостоприемници и дизайн на биоматериали
КупуваСвързано съдържание
- Запазено лице: Как един пионер хирург натиска границите на лицевите трансплантации
Отне много десетилетие на много учени и инженери да създадат и усъвършенстват интегрираната система за отпечатване на тъкани и органи или ITOP. В крайна сметка, това е дечицата на един-единствен мъж: коса 59-годишен лекар на име Антъни Атала. Роден в Перу и израснал извън Маями, Атала - днес директор на Института за регенеративна медицина на Уейк Форест - прекара последното десетилетие в опит да отпечата живи органи.
„За мен всичко започна в Бостън, в началото на 90-те години“, спомня си урологът и биотехнолог. „Защото точно тогава се сблъсках с недостига на органи за трансплантация.“ По онова време Атала работеше с първата си гимназия след медицинско училище като научен сътрудник в Харвардското медицинско училище. Всяка седмица, по време на кръговете си в детската болница в Бостън, той се срещаше с друг млад пациент, който прекарваше месеци или дори години в очакване на заместващ орган. Някои умират, преди да се намерят заместващ бъбрек или черен дроб. Други имат тежки имунологични отговори на трансплантираните органи. Атала вярваше, че разтворът е бистър, ако е надут: лабораторни органи, отглеждани от клетки на пациента и хирургично имплантирани в тялото.
„Тогава звучеше много научно-фантастично“, припомни Атала, „но бях сигурен, че това е бъдещето.“ През 1999 г. в знаменит експеримент Атала и екип от изследователи от Лабораторията за тъканно инженерство и клетъчна терапия в Детска болница изградиха заместителни мехури за седем деца с тежка форма на спина бифида, инвалидизиращо заболяване, което може да засегне пикочните пътища и червата. За да конструират органите, изследователите първо изграждат ръчно скеле или основи от колаген и синтетичен полимер. Те взели тъканни проби от пациентите и култивирали клетките от тази тъкан в течност. След това покриха основите с клетките на съответния пациент - мускулни клетки отвън и клетки на пикочния мехур от вътрешната страна - и позволиха на клетките да "готвят" или да растат на скелето.
Седем години след като на пациентите е бил имплантиран първият по поръчка мехур, Атала и Алън Ретик, уролог в Детска болница, обявиха, че всичките седем пациенти са в добро здраве. Това беше първият път, когато лабораторно отглежданите органи бяха успешно използвани като заместители на техните болестни биологични колеги. Един вестник приветства резултатите като „свещен граал на лекарството“.
Атала беше доволен. Но той знаеше, че изграждането на органи на ръка включва твърде много време и усилия, за да се отговори на търсенето. Това, което наистина беше необходимо, беше малко от автоматизацията в стил Хенри Форд. През 2004 г. Атала се съгласи да оглави подобна инициатива в Уейк Форест, който е недалеч от изследователския триъгълник в Северна Каролина, биотехнически център и домашна база за шепа 3-D печатащи компании.
Когато можете да поръчате нова част на тялото онлайн, ще трябва да благодарите на този лекар.Първоначално разработен за производство, 3-D принтерите до средата на 2000-те се преместиха далеч отвъд пластмасите. Помислете за материал и има вероятност някой да го е отпечатвал: найлон, неръждаема стомана, шоколад. „Видях съответствие между институцията и държавата, за да се съсредоточи наистина върху биотехнологиите“, казва Атала. „Знаех, че ако ще насочим тези технологии към пациентите, ние имаме нужда от тази инфраструктура и подкрепа.“
През годините Атала и неговият персонал успяха да разработят принтери, способни да отпечатват персонализирани скелета на човешки органи, които могат да бъдат покрити ръчно с човешки или животински клетки. Тогава те конструират принтер, който може да отпечатва клетки на кожата директно върху пациент, макар и в изключително малки количества. Но отпечатването на тъкан се оказа голямо предизвикателство, отчасти защото разширяващата се тъкан също изисква постоянен приток на кръв и хранителни вещества. Те биха могли да отпечатват клетките за орган или да отпечатват кръвоносни съдове и друга поддържаща тъкан, но не са успели да отпечатват и двете едновременно по такъв начин, че органът да оцелее.
След това дойде ITOP, с основните му пробивни технологии. Уникалните резервоари поддържат човешки и животински клетки живи по-дълго от по-ранните модели принтери; и изключително прецизни игли или струи отпечатват решетка от „микроканали“, с размери 200 микрона всеки, в биоматериала. Тези съдове позволяват на хранителните вещества да преминават през тъканта. В статия, публикувана по-рано тази година в Nature Biotechnology, Atala и петима изследователи от Wake Forest разкриха, че хрущялите, костите и мускулната тъкан, отпечатани на ITOP, са били успешно имплантирани при гризачи и че два месеца по-късно тъканта е развила система от кръв съдове и нерви. Тестовете върху човешки пациенти вероятно ще последват през следващата година или така, до одобрение от правителството.
Не е нужно ангажиран футурист, за да разбере последиците. Ако и когато машина като ITOP влезе в търговско производство, един ден може да бъде възможно да се „поръча“ парче заменяща се кожа. Докато машините се подобряват, те могат да се развият от отпечатване на кожата до отпечатване на изключително сложни органи като бъбреците. Болниците по целия свят ще бъдат оборудвани с потомците на ITOP. Недостигът на органи би бил нещо от миналото.
Това е мечтата, която доведе Атала към биотехнологиите и тя продължава да го продължава. Но Атала съветва търпението: Тестовете на биопечатани материали върху хора могат да отнемат години. Междувременно той поддържа урологичната си практика и все още вижда многобройни пациенти седмично в допълнение към премеждия в операционната. „Това е важно за мен“, казва той, „защото това е напомняне за кого служиш - за кого правиш това. Целта на тази технология е да подобри живота на пациентите. Точка."
Абонирайте се за списание Smithsonian сега само за 12 долара
Тази статия е селекция от декемврийския брой на списание Smithsonian
Купува
