НУЖЕН НОВЫЙ ОРГАН? ХИРУРГ ЭНТОНИ АТАЛА ВИДИТ БУДУЩЕЕ, В КОТОРОМ ВЫ МОЖЕТЕ ПРОСТО РАСПЕЧАТАТЬ ЕГО

В плохо освещенной лаборатории в Уинстон-Сейлеме, штат Северная Каролина, находится машина, которая во многом похожа на стандартный настольный принтер. Он имеет резервуары с чернилами и сопла, внутренний вентилятор для его охлаждения и набор входных разъемов, которые можно использовать для подключения к ближайшему компьютеру. Это может быть случайное варенье. И все же 800-фунтовое стальное и пластиковое устройство не похоже ни на что, с чем вы когда-либо сталкивались, потому что оно печатает живыми - миллионы и миллионы живых клеток человека, содержащихся в вязком геле и сплетенных через тонкие биоразлагаемые подложки в дрожащем симулякре человеческая ткань.

Из этой истории

Preview thumbnail for video 'In Situ Tissue Regeneration: Host Cell Recruitment and Biomaterial Design

Регенерация тканей in situ: набор клеток-хозяев и дизайн биоматериалов

купить

Связанный контент

Спасение лица: как один хирург-новатор раздвигает границы трансплантации лица

Многим ученым и инженерам потребовалось десятилетие, чтобы создать и усовершенствовать Интегрированную систему печати на тканях и органах, или ITOP. В конечном счете, это - детище одинокого мужчины: 59-летний доктор с расчесанными волосами по имени Энтони Атала. Атала, родившаяся в Перу и выросшая за пределами Майами, сегодня - директор Института регенеративной медицины Уэйк Форест - провела последнее десятилетие, пытаясь напечатать живые органы.

«Для меня все это началось еще в Бостоне, в начале 1990-х годов», - вспоминает урологический хирург и биотехнолог. «Потому что именно тогда я действительно столкнулся с нехваткой органов для трансплантации». В то время Атала работал на своем первом постмедицинском школьном концерте в качестве научного сотрудника в Гарвардской медицинской школе. Каждую неделю во время своих туров в Бостонской детской больнице он встречал еще одного молодого пациента, который месяцами или даже годами ждал замены органа. Некоторые умерли до того, как нашли почку или печень. Другие имели серьезные иммунологические реакции на пересаженные органы. Атала полагал, что решение было ясным, хотя и надуманным: выращенные в лаборатории органы выращивали из собственных клеток пациента и хирургически имплантировали в организм.

«В то время это звучало как фантастика, - вспоминал Атала, - но я был уверен, что это будущее». В 1999 году, в знаменательном эксперименте, Атала и команда исследователей из Лаборатории тканевой инженерии и клеточной терапии В детской больнице построены замещающие мочевые пузыри для семи детей с тяжелой формой расщелины позвоночника, изнурительным заболеванием, которое может поражать мочевыводящие пути и кишечник. Чтобы сконструировать органы, исследователи сначала создали строительные леса или основы из коллагена и синтетического полимера. Они брали образцы тканей у пациентов и культивировали клетки из этой ткани в жидкости. Затем они покрыли фундаменты клетками соответствующего пациента - мышечными клетками снаружи и клетками мочевого пузыря внутри - и позволили клеткам «готовиться» или расти на строительных лесах.

Через семь лет после того, как первый из сделанных на заказ мочевых пузырей был имплантирован пациентам, Атала и Алан Ретик, уролог из Детской больницы, объявили, что все семь пациентов были в добром здравии. Впервые культивируемые в лаборатории органы были успешно использованы в качестве замены для их больных биологических аналогов. Одна газета приветствовала результаты как «Святой Грааль медицины».

Атала была довольна. Но он знал, что создание органов вручную требует слишком много времени и усилий для удовлетворения спроса. Что было действительно нужно, так это немного автоматизации в стиле Генри Форда. В 2004 году Atala согласилась возглавить подобную инициативу в Уэйк-Форест, который находится недалеко от Исследовательского треугольника Северной Каролины, биотехнологического центра и домашней базы для нескольких компаний, занимающихся трехмерной печатью.

Когда вы сможете заказать новую часть тела онлайн, вам нужно поблагодарить этого доктора.

Первоначально разработанные для производства, 3D-принтеры к середине 2000-х годов вышли далеко за пределы пластиков. Подумайте о материале, и есть вероятность, что кто-то его печатал: нейлон, нержавеющая сталь, шоколад. «Я видел связь между учреждением и государством, чтобы сосредоточиться на биотехнологии», - говорит Атала. «Я знал, что если мы собираемся донести эти технологии до пациентов, нам нужна эта инфраструктура и поддержка».

За эти годы Атала и его сотрудники смогли разработать принтеры, способные печатать индивидуальные леса человеческих органов, которые можно было вручную покрыть клетками человека или животных. Затем они сконструировали принтер, который мог печатать клетки кожи непосредственно на пациента, хотя и в очень небольших количествах. Но печать на ткани оказалась большой проблемой, отчасти потому, что расширяющаяся ткань также требует постоянного притока крови и питательных веществ. Они могли печатать клетки для органа, или они могли печатать кровеносные сосуды и другие поддерживающие ткани, но им не удавалось печатать оба одновременно так, чтобы орган выживал.

Затем появился ITOP с его принципиально новыми технологиями. Уникальные резервуары поддерживают клетки человека и животных дольше, чем более ранние модели принтеров; и чрезвычайно точные иглы или струи печатают решетку из «микроканалов» размером 200 микрон каждый в биоматериал. Эти сосуды позволяют питательным веществам проходить через ткани. В статье, опубликованной ранее в этом году в Nature Biotechnology, Atala и пять исследователей из Wake Forest обнаружили, что хрящевая, костная и мышечная ткани, напечатанные на ITOP, были успешно имплантированы грызунам и что через два месяца в этой ткани образовалась система крови. сосуды и нервы. Тесты на людях, вероятно, последуют в следующем году или около того, ожидая одобрения правительства.

Не нужно быть преданным футуристу, чтобы понять последствия. Если и когда такая машина, как ITOP, пойдет в коммерческое производство, однажды можно будет «заказать» часть сменной оболочки. По мере совершенствования машин они могут эволюционировать от печати кожи до печати чрезвычайно сложных органов, таких как почки. Больницы во всем мире будут оснащены потомками ITOP. Нехватка органов останется в прошлом.

Это мечта, которая привела Атала к биотехнологии, и она продолжает поддерживать его. Но Атала советует терпению: испытания биопечатного материала на людях могут занять годы. Тем временем он продолжает свою урологическую практику и до сих пор посещает множество пациентов в неделю, в дополнение к операциям в операционной. «Это важно для меня, - говорит он, - потому что это напоминание о том, кому вы служите, кому вы это делаете. Цель этой технологии - улучшить жизнь пациентов. Полная остановка."