Σε ένα σκληρά φωτισμένο εργαστήριο στο Winston-Salem της Βόρειας Καρολίνας, κάθεται ένα μηχάνημα που είναι, με πολλούς τρόπους, παρόμοιο με ένα τυπικό εκτυπωτή γραφείου. Έχει δεξαμενές με μελάνι και ακροφύσια, έναν εσωτερικό ανεμιστήρα για να το κρατήσει δροσερό και ένα σύνολο υποδοχών εισόδου που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να συνδεθούν με έναν κοντινό υπολογιστή. Υπόκειται σε περιστασιακή μαρμελάδα. Και όμως η χαλύβδινη και πλαστική συσκευή των 800 λιβρών είναι κάτι που δεν συναντάτε ποτέ, γιατί αυτό που εκτυπώνει είναι ζωντανό - εκατομμύρια και εκατομμύρια ζωντανά ανθρώπινα κύτταρα, που περιέχονται σε ένα παχύρρευστο πήκτωμα και υφαίνονται μέσα από ευαίσθητα βιοαποικοδομήσιμα στηρίγματα σε ένα τρεμάμενο simulacrum ανθρώπινου ιστού.
Από αυτή την ιστορία
In Situ Αναγέννηση ιστών: Η πρόσληψη κυττάρων υποδοχής και η σχεδίαση βιοϊατρικών υλικών
Αγοράσχετικό περιεχόμενο
- Εξοικονόμηση Face: Πώς ένας πρωτοπόρος χειρουργός πιέζει τα όρια των μεταμοσχεύσεων προσώπου
Χρειάστηκε μια δεκαετία για πολλούς επιστήμονες και μηχανικούς να δημιουργήσουν και να βελτιώσουν το ολοκληρωμένο σύστημα εκτύπωσης ιστών και οργάνων ή το ITOP. Τελικά, όμως, είναι το πνευματικό τέκνο ενός άνδρα: ένας 59χρονος γιατρός που ονομάζεται Anthony Atala. Γεννημένος στο Περού, που μεγάλωσε έξω από το Μαϊάμι, η Ατάλα - σήμερα διευθυντής του Ινστιτούτου Wake Forest για την Αναγεννητική Ιατρική - έχει περάσει την τελευταία δεκαετία να προσπαθεί να εκτυπώσει ζώντα όργανα.
"Για μένα όλα ξεκίνησαν στη Βοστώνη στις αρχές της δεκαετίας του 1990", θυμάται ο ουρολόγος και βιοτεχνολόγος. «Επειδή εκείνη την εποχή ήμουν πραγματικά πρόσωπο με πρόσωπο με την έλλειψη οργάνων μεταμόσχευσης». Την εποχή εκείνη, η Atala εργάστηκε το πρώτο της μετα-ιατρικό σχολικό συνέδριο, ως ερευνητής στο Ιατρικό Σχολείο του Χάρβαρντ. Κάθε εβδομάδα, κατά τη διάρκεια των γύρων του στο Νοσοκομείο Παιδιών της Βοστώνης συναντήθηκε με έναν ακόμη νεαρό ασθενή που είχε περάσει μήνες ή και χρόνια να περιμένει ένα όργανο αντικατάστασης. Κάποιοι πέθαναν πριν να βρεθεί ένας αντικαταστάτης νεφρός ή ήπαρ. Άλλοι είχαν σοβαρές ανοσολογικές αποκρίσεις στα μεταμοσχευμένα όργανα. Η Atala πίστευε ότι το διάλυμα ήταν διαυγές, αν ήταν μακρινό: τα εργαστηριακά αναπτυσσόμενα όργανα καλλιεργήθηκαν από τα ίδια τα κύτταρα του ασθενούς και εμφυτεύθηκαν χειρουργικά στο σώμα.
"Ήταν πολύ επιστημονικά μυθιστόρημα εκείνη τη στιγμή", υπενθύμισε ο Atala, "αλλά ήμουν σίγουρος ότι ήταν το μέλλον." Το 1999, σε ένα πείραμα ορόσημο, η Atala και μια ομάδα ερευνητών στο Εργαστήριο Μηχανικής Ιστών και Κυτταρικής Θεραπευτικής στο Νοσοκομείο Παίδων έχτισαν κύστες αντικατάστασης για επτά παιδιά με σοβαρή μορφή αμφιβληστροειδούς, μια εξουθενωτική ασθένεια που μπορεί να επηρεάσει την ουροδόχο κύστη και τα έντερα. Για να κατασκευάσουν τα όργανα, οι ερευνητές κατασκευάζονται πρώτα χειροποίητα ικριώματα ή θεμέλια κολλαγόνου και συνθετικού πολυμερούς. Έλαβαν δείγματα ιστών από τους ασθενείς και καλλιέργησαν τα κύτταρα από τον ιστό σε υγρό. Στη συνέχεια επικάλυψαν τα θεμέλια με τα κύτταρα των σχετικών κυττάρων των ασθενών-μυών στο εξωτερικό και τα κύτταρα της ουροδόχου κύστης στο εσωτερικό - και επέτρεψαν στα κύτταρα να "μαγειρεύουν" ή να αναπτύσσονται, πάνω στο ικρίωμα.
Επτά χρόνια μετά την πρώτη εμφύτευση των ουροδόχων κύστεων στους ασθενείς, η Atala και ο Alan Retik, ένας ουρολόγος στο Νοσοκομείο Παιδιών, ανακοίνωσαν ότι και οι επτά ασθενείς ήταν σε καλή κατάσταση. Ήταν η πρώτη φορά που τα εργαστηριακά καλλιεργημένα όργανα είχαν χρησιμοποιηθεί επιτυχώς ως αντικαταστάτες για τους ασθενείς τους με βιολογικά συμπτώματα. Μια εφημερίδα χαιρέτησε τα αποτελέσματα ως "Άγιο Δισκοπότηρο της Ιατρικής".
Η Atala ήταν ευχαριστημένη. Αλλά ήξερε ότι η οικοδόμηση οργάνων με το χέρι είχε πολύ χρόνο και προσπάθεια για να ικανοποιήσει τη ζήτηση. Αυτό που πραγματικά χρειαζόταν ήταν ένα κομμάτι της αυτοματοποίησης τύπου Henry Ford. Το 2004, η Atala συμφώνησε να προωθήσει μια τέτοια πρωτοβουλία στο Wake Forest, το οποίο δεν απέχει πολύ από το ερευνητικό τρίγωνο της Βόρειας Καρολίνας, ένα κέντρο βιοτεχνολογίας και μια βάση για μια χούφτα εταιρειών εκτύπωσης 3-D.
Όταν μπορείτε να παραγγείλετε ένα νέο τμήμα σώματος online, θα έχετε αυτόν τον γιατρό να σας ευχαριστήσει.Αρχικά αναπτύχθηκε για την κατασκευή, οι εκτυπωτές 3-D είχαν στα μέσα της δεκαετίας του 2000 πολύ πιο πέρα από τα πλαστικά. Σκεφτείτε ένα υλικό, και πιθανότατα, κάποιος το εκτύπωσε: νάιλον, ανοξείδωτο χάλυβα, σοκολάτα. "Είδα μια ευθυγράμμιση μεταξύ του θεσμού και του κράτους να επικεντρωθεί πραγματικά στη βιοτεχνολογία", λέει ο Atala. «Ήξερα ότι εάν επρόκειτο να ωθήσουμε αυτές τις τεχνολογίες σε ασθενείς, χρειαζόμασταν αυτή την υποδομή και την υποστήριξη στη θέση μας».
Με την πάροδο των ετών, η Atala και το προσωπικό της είχαν τη δυνατότητα να αναπτύξουν εκτυπωτές ικανούς να τυπώνουν προσαρμοσμένες ικριώματα ανθρώπινων οργάνων, τα οποία θα μπορούσαν να καλυφθούν με το χέρι με ανθρώπινα ή ζωικά κύτταρα. Στη συνέχεια, έχτισαν έναν εκτυπωτή που θα μπορούσε να εκτυπώσει κύτταρα του δέρματος απευθείας σε έναν ασθενή, αν και σε εξαιρετικά μικρές ποσότητες. Αλλά η εκτύπωση ιστού αποδείχθηκε μεγάλη πρόκληση, εν μέρει επειδή ο διαστελλόμενος ιστός απαιτεί επίσης σταθερή ροή αίματος και θρεπτικών ουσιών. Θα μπορούσαν να εκτυπώσουν τα κύτταρα για ένα όργανο ή θα μπορούσαν να εκτυπώσουν αιμοφόρα αγγεία και άλλους ιστούς υποστήριξης, αλλά δεν κατάφεραν να εκτυπώσουν και τα δύο ταυτόχρονα με τέτοιο τρόπο ώστε το όργανο να επιβιώσει.
Στη συνέχεια ήρθε η ITOP, με τις βασικές τεχνολογίες της. Οι μοναδικές δεξαμενές διατηρούν ζωντανά τα ανθρώπινα και ζωικά κύτταρα για περισσότερο από τα παλαιότερα μοντέλα εκτυπωτών. και εξαιρετικά ακριβείς βελόνες ή εκτοξευτές, εκτυπώνουν ένα πλέγμα "μικροκαναλίων", το οποίο μετρά 200μ. το καθένα, στο βιοϋλικό. Αυτά τα δοχεία επιτρέπουν τη ροή θρεπτικών ουσιών μέσω του ιστού. Σε μια δημοσίευση που δημοσιεύθηκε νωρίτερα φέτος στο Nature Biotechnology, οι Atala και πέντε ερευνητές Wake Forest αποκάλυψαν ότι χόνδρος, οστά και μυϊκός ιστός που τυπώθηκε στο ITOP είχαν εμφυτευτεί με επιτυχία σε τρωκτικά και ότι δύο μήνες αργότερα ο ιστός είχε αναπτύξει ένα σύστημα αίματος τα αγγεία και τα νεύρα. Οι δοκιμές σε ανθρώπους ασθενείς πιθανότατα θα ακολουθήσουν το επόμενο έτος περίπου, εν αναμονή έγκρισης από την κυβέρνηση.
Δεν παίρνει έναν αφοσιωμένο φουτουριστή για να κατανοήσει τις συνέπειες. Αν και όταν μια μηχανή όπως το ITOP πηγαίνει στην εμπορική παραγωγή, θα μπορούσε μια μέρα να είναι δυνατή η "παραγγελία" ενός κομμάτι αντικατάστασης του δέρματος. Καθώς βελτιώνονται τα μηχανήματα, μπορεί να εξελίσσονται από την εκτύπωση του δέρματος μέχρι την εκτύπωση πολύπλοκων οργάνων όπως οι νεφροί. Τα νοσοκομεία σε όλο τον κόσμο θα είναι εξοπλισμένα με τους απογόνους του ITOP. Οι ελλείψεις οργάνων θα ήταν κάτι το παρελθόν.
Αυτό είναι το όνειρο που έφερε την Atala στη βιοτεχνολογία και συνεχίζει να τον κρατάει. Αλλά η Atala συμβουλεύει την υπομονή: Οι δοκιμές βιογραφικού υλικού στον άνθρωπο θα μπορούσαν να διαρκέσουν χρόνια. Εν τω μεταξύ, έχει διατηρήσει την ουρολογική πρακτική του, και εξακολουθεί να βλέπει πολλούς ασθενείς την εβδομάδα, εκτός από τις μαρτυρίες στο χειρουργείο. "Αυτό είναι σημαντικό για μένα, " λέει, "επειδή είναι μια υπενθύμιση για το ποιον εξυπηρετείτε - για τον οποίο το κάνετε αυτό. Στόχος αυτής της τεχνολογίας είναι να βελτιώσει τη ζωή των ασθενών. Τελεία."
Εγγραφείτε στο περιοδικό Smithsonian τώρα για μόλις $ 12
Αυτό το άρθρο είναι μια επιλογή από το τεύχος Δεκεμβρίου του περιοδικού Smithsonian
Αγορά
