Στον δεύτερο όροφο του Ινστιτούτου Wake Forest για την Αναγεννητική Ιατρική, κοντά στην τράπεζα του ανελκυστήρα, υπάρχει μια συλλογή ξεθωριασμένων εκτυπώσεων που απεικονίζουν εξαιρετικές στιγμές στο ιατρικό ιστορικό. Σε ένα, ένας αρχαίος βαβυλώνιος φαρμακοποιός κρατά ψηλά ένα φιαλίδιο φαρμάκων. Ένας άλλος δείχνει ότι ο Έλληνας γιατρός Ιπποκράτης τείνει σε έναν ασθενή τον 5ο αιώνα π.Χ. Οι εκτυπώσεις έγιναν πριν από μισό αιώνα από τη φαρμακευτική εταιρία Parke-Davis, η οποία τους χαρακτήριζε ιστορικό κύλινδρο. Αλλά δεν είναι δύσκολο να διαβάσει κανείς την παρουσία τους στο Wake Forest, που φιλοξενεί ίσως τη μεγαλύτερη συγκέντρωση ιατρικών φουτουριστών στον πλανήτη, ως το απόλυτο αστείο: Μπορείτε να πιστέψετε πόσο μακριά έχουμε έρθει;
Από αυτή την ιστορία
Η Αιώνια Γενεά
ΑγοράΌταν επισκέφθηκα το ινστιτούτο, στην παλιά πόλη καπνού της Βόρειας Καρολίνας του Winston-Salem, περάσαμε ευάερα εργαστήρια όπου οι λευκοί επιστήμονες γλίστηκαν πέρα δώθε πάνω σε ένα πλακόστρωτο δάπεδο. Σε ένα τραπέζι, τοποθετημένο σαν να ήταν για μια εκθεσιακή τέχνη, έβαζαν ψευδοκεντρικές φλέβες των νεφρικών φλεβών, που αποδίδονταν σε αποχρώσεις ιώδους και ινδικού και βαμβακερού καραμελώματος. Κάτω από την αίθουσα μια μηχανή ενεργοποίησε σποραδικά ηλεκτρικά ρεύματα μέσα από δύο σειρές μυϊκών τενόντων, ένα κομμένο από έναν αρουραίο, το άλλο κατασκευάστηκε από βιοϋλικά και κύτταρα.
Ένας ερευνητής, που ονομάζεται Young-Joon Seol, με συναντήθηκε στην πόρτα σε ένα δωμάτιο με την ένδειξη "Bioprinting". Ο Young-Joon, που χτυπούσε και φορούσε γυαλιά πλαστικών πλαισίων, μεγάλωσε στη Νότια Κορέα και εκπαιδεύτηκε στην μηχανολογία στο πανεπιστήμιο του Pohang. Στο Wake Forest, είναι μέλος μιας ομάδας που συνεργάζεται με τους βιογραφικούς φακέλους του εργαστηρίου, ισχυρές μηχανές που λειτουργούν με τον ίδιο τρόπο όπως οι τυποποιημένοι εκτυπωτές 3-D: Ένα αντικείμενο ανιχνεύεται ή σχεδιάζεται χρησιμοποιώντας λογισμικό μοντελοποίησης. Αυτά τα δεδομένα αποστέλλονται στον εκτυπωτή, ο οποίος χρησιμοποιεί σύριγγες για να καθορίσει διαδοχικές στρώσεις ύλης μέχρι να προκύψει ένα τρισδιάστατο αντικείμενο. Οι παραδοσιακοί εκτυπωτές 3-D τείνουν να εργάζονται σε πλαστικά ή κερί. «Τι είναι διαφορετικό εδώ», είπε ο Young-Joon, ωθώντας τα γυαλιά του μέχρι τη μύτη του »είναι ότι έχουμε την ικανότητα να εκτυπώσουμε κάτι που είναι ζωντανό».
Οδήγησε στη μηχανή στα δεξιά του. Έφερε μια παροδική ομοιότητα με ένα από αυτά τα παιχνίδια νύχι που βρίσκεστε στις στάσεις ανάπαυσης αυτοκινητόδρομου. Το πλαίσιο ήταν βαρύ μέταλλο, οι τοίχοι διαφανείς. Στο εσωτερικό υπήρχαν έξι σύριγγες διατεταγμένες στη σειρά. Κάποιος κρατούσε ένα βιοσυμβατό πλαστικό το οποίο, όταν τυπώθηκε, θα σχηματίζει τη σύμπλεξη δομής ενός ικριώματος - ο σκελετός, ουσιαστικά - ενός τυπωμένου ανθρώπινου οργάνου ή τμήματος σώματος. Οι άλλοι θα μπορούσαν να γεμιστούν με ένα πήκτωμα που περιέχει ανθρώπινα κύτταρα ή πρωτεΐνες για την προώθηση της ανάπτυξής τους.
Η Atala κλίνει ενάντια σε ένα έτοιμο 3-D bioprinter. Το εβδομήντα τέσσερις τοις εκατό των Αμερικανών πιστεύουν ότι τα βιολογικά μηχανήματα είναι μια "κατάλληλη χρήση" της τεχνολογίας. Ο αριθμός των εκτυπωτών 3-D που χρησιμοποιούνται από ιατρικά κέντρα αναμένεται να διπλασιαστεί τα επόμενα πέντε χρόνια. (Jeremy Μ. Large) 
Στο μέλλον το Ινστιτούτο ελπίζει να βλάψει τα ικριώματα που γίνονται σε εκτυπωτές όπως αυτό με ζωντανά κύτταρα για την παραγωγή μεταμοσχεύσιμων τμημάτων του σώματος. (Jeremy Μ. Large) 
Στην τεχνολογία που ονομάζεται "σώμα σε τσιπ", οι ερευνητές χρησιμοποιούν τέσσερα μικρά εργαστηριακά όργανα μικρής κλίμακας σε κόκκινα τσιπ που συνδέονται με σωλήνες που κυκλοφορούν ένα υποκατάστατο αίματος, για να ελέγξουν την επίδραση παθογόνων, φαρμάκων και χημικών ουσιών στο ανθρώπινο σώμα. (Jeremy Μ. Large) 
Το αυτί είναι μία από τις πρώτες δομές που τα εργαστήρια προσπάθησαν να κατακτήσουν ως ένα βήμα προς τα πιο περίπλοκα. (Jeremy Μ. Large) 
Ο ειδικά κατασκευασμένος βιογραφικός 3-D λειτουργεί με ένα βιοσυμβατό πλαστικό για να σχηματίσει τη σύμπλεξη δομής του ικριώματος. (Jeremy Μ. Large) 
Μια καρδιά χοιρινού "φάντασμα" απογυμνώνεται από τα κύτταρα του ιστού. Μερικοί ερευνητές ελπίζουν να μεταμοσχεύσουν τέτοια όργανα σε ανθρώπους μετά την σπορά τους με ανθρώπινα κύτταρα. (Texas Heart Institute) 
Οι ερευνητές στο Ινστιτούτο Wake Forest για την Αναγεννητική Ιατρική δημιουργούν σκελετοί-σκελετοί, ουσιαστικά-για ένα κάτω πρόσωπο και το δεξί αυτί. (Jeremy Μ. Large) 
Τελικά ένα αντικείμενο που γίνεται σε έναν εκτυπωτή 3-D θα γίνει τόσο μέρος του σώματος ενός ασθενούς όσο ένα όργανο με το οποίο γεννήθηκε το άτομο. (Jeremy Μ. Large) 
Μια συσκευή που μπορεί να δοκιμάσει φάρμακα μια μέρα κυκλοφορεί ένα υποκατάστατο αίματος σε μικροσκοπικά οργανοειδή που αναπτύσσονται στο εργαστήριο που μιμούνται τη λειτουργία της καρδιάς, του ήπατος, των πνευμόνων και των αιμοφόρων αγγείων. (Jeremy Μ. Large) Καθώς εκτυπώνεται το ικρίωμα, τα κύτταρα από τον επιδιωκόμενο ασθενή τυπώνονται επάνω και μέσα στο ικρίωμα. η δομή τοποθετείται σε εκκολαπτήριο. τα κύτταρα πολλαπλασιάζονται. και κατ 'αρχήν το αντικείμενο εμφυτεύεται πάνω ή μέσα στον ασθενή. Με το χρόνο, το αντικείμενο γίνεται τόσο μέρος του σώματος του ασθενούς όσο και τα όργανα με τα οποία γεννήθηκε. "Αυτή είναι η ελπίδα, ούτως ή άλλως", δήλωσε ο Young-Joon.
Ο Young-Joon είχε προγραμματίσει έναν από τους εκτυπωτές για να ξεκινήσει τη διαδικασία δημιουργίας του ικριώματος για ένα ανθρώπινο αυτί και το δωμάτιο γεμάτο με ένα ανακουφιστικό ηλεκτρονικό θρόμβο, σπασμένο μόνο από το περιστασιακό αερισμό από τον εκτυπωτή-την απελευθέρωση του πεπιεσμένου αέρα που το κράτησε εργαζόμενος. Κοιτάζοντας μέσα από τη γυάλινη θήκη, μπορούσα να δω το ικρίωμα να φτάνει σε βάθος - μικρό, λεπτό, εξαιρετικά ωτικό . Επειδή η διαδικασία θα χρειαζόταν αρκετές ώρες για να ολοκληρωθεί, η Young-Joon μου έδωσε μια τελική έκδοση για να το χειριστώ. Ήταν φως. στηριζόταν στην παλάμη μου σαν πεταλούδα.
Η εξωτερική δομή του αυτιού είναι μία από τις πρώτες δομές που το ινστιτούτο του Wake Forest (και άλλα ερευνητικά κέντρα) προσπάθησε να κυριαρχήσει, ως σκαλοπάτι προς πιο περίπλοκα. Τα στελέχη του Wake Forest έχουν εμφυτεύσει σε ζώα εργαστηρίου βιογραφικά δέρματα, αυτιά, οστά και μυς, όπου αναπτύχθηκαν επιτυχώς στον περιβάλλοντα ιστό.
Για τους ευαγγελιστές της βιογραφίας, οι οποίοι αυξάνονται - ο αριθμός των 3-D εκτυπωτών που αποστέλλονται σε ιατρικές εγκαταστάσεις αναμένεται να διπλασιαστεί τα επόμενα πέντε χρόνια - οι δοκιμές είναι ένας προάγγελος ενός κόσμου που μόλις τώρα επικεντρώνεται: ένας κόσμος όπου οι ασθενείς να παραγγείλετε ανταλλακτικά για το σώμα τους με τον ίδιο τρόπο που χρησιμοποιούσαν για να παραγγείλουν ένα ανταλλακτικό καρμπυρατέρ για το Chevy τους.
«Σκεφτείτε το σαν το μοντέλο της Dell», δήλωσε ο Anthony Atala, παιδιατρικός ουρολόγος και διευθυντής του ινστιτούτου, αναφερόμενος στο περίφημο «άμεσο» μοντέλο της σχέσης μεταξύ καταναλωτή και κατασκευαστή. Κάθισαμε στο γραφείο της Atala στον τέταρτο όροφο του ερευνητικού κέντρου. "Θα είχατε εταιρείες που υπάρχουν για να επεξεργάζονται κύτταρα, να δημιουργούν κατασκευές, ιστούς. Ο χειρουργός σας μπορεί να πάρει μια αξονική τομογραφία και ένα δείγμα ιστών και να το αποστείλει στην εταιρεία ", είπε. Μια εβδομάδα αργότερα, ένα όργανο θα φτάσει σε αποστειρωμένο δοχείο μέσω του FedEx, έτοιμο για εμφύτευση. Presto, αλλαγή-o : Ένα καινούργιο κομμάτι μου - από εσάς που έγιναν στην τάξη.
"Αυτό που είναι ενδιαφέρον είναι ότι δεν υπάρχουν πραγματικές χειρουργικές προκλήσεις", δήλωσε ο Atala. "Υπάρχουν μόνο τα τεχνολογικά εμπόδια που πρέπει να ξεπεράσετε για να βεβαιωθείτε ότι ο μηχανικός ιστός λειτουργεί σωστά στην πρώτη θέση".
Παίρνουμε κοντά, με "απλά" όργανα όπως το δέρμα, το εξωτερικό αυτί, την τραχειοειδή σωλήνα. Ταυτόχρονα, η Atala δεν μπορεί παρά να εξετάσει τι θα μπορούσε να έρθει στη συνέχεια. Στο πιο αυριανό του, του αρέσει να οραματίζεται μια τεράστια βιομηχανία bioprinting ικανή να ξεδιπλώνει μεγάλα και σύνθετα όργανα χωρίς τα οποία το σώμα θα αποτύχει, όπως το συκώτι ή το νεφρό. Μια βιομηχανία που θα μπορούσε να κάνει τις παραδοσιακές μεταμοσχεύσεις - με τους μακρούς, συχνά θανατηφόρους χρόνους αναμονής τους και τον συνεχώς υπάρχοντα κίνδυνο απόρριψης οργάνων - εντελώς ξεπερασμένο.
Θα ήταν μια πλήρης ιατρική επανάσταση. Θα άλλαζε τα πάντα. Και αν έχει δίκιο, το Wake Forest, με τους σκούπιστους βιογραφικούς του και τα σαρκώδη αυτιά και τις πολύχρωμες φλέβες και αρτηρίες, μπορεί να είναι το σημείο όπου όλα αρχίζουν.
Η ιδέα ότι ένα σπασμένο κομμάτι του εαυτού μας μπορεί να αντικατασταθεί με ένα υγιές κομμάτι ή ένα κομμάτι από κάποιον άλλο, εκτείνεται πίσω αιώνες. Ο Κοσμάς και ο Δαμιανός, προστάτες αγίων χειρούργων, φέρεται να έχουν συνδέσει το πόδι ενός νεκρού Αιθιοπικού Μαυριτανού σε μια λευκή ρωμαϊκή στον τρίτο αιώνα μ.Χ., ένα θέμα που απεικονίζεται από πολυάριθμους αναγεννησιακούς καλλιτέχνες. Μέχρι τον 20ο αιώνα, η ιατρική είχε αρχίσει επιτέλους να καλύπτει τη φαντασία. Το 1905 ο οφθαλμίατρος Eduard Zirm κόπηκε επιτυχώς έναν κερατοειδή από ένα τραυματισμένο 11χρονο αγόρι και το έσωσε στο σώμα ενός 45χρονου τσέχικου εργάτη αγροκτήματος, του οποίου τα μάτια είχαν υποστεί βλάβη ενώ έπεφτε ασβέστη. Μια δεκαετία αργότερα, ο Sir Harold Gillies, που κάποτε ονομάστηκε ιδρυτής της πλαστικής χειρουργικής, εκτέλεσε δερματικά μοσχεύματα σε Βρετανούς στρατιώτες κατά τη διάρκεια του Α 'Παγκοσμίου Πολέμου.
Αλλά η πρώτη επιτυχής μεταμόσχευση ενός σημαντικού οργάνου - ενός οργάνου ζωτικής σημασίας για την ανθρώπινη λειτουργία - δεν συνέβη μέχρι το 1954, όταν ο Ρόναλντ Χέρικ, ένας 23χρονος από τη Μασαχουσέτη, δωρίστηκε ένα από τα υγιή νεφρά του στο δίδυμο αδελφό του Ρίτσαρντ, που πάσχει από χρόνια νεφρίτιδα. Επειδή τα πανομοιότυπα δίδυμα Herrick μοιράζονταν το ίδιο DNA, ο Joseph Murray, χειρούργος στο νοσοκομείο Peter Bent Brigham (σήμερα γνωστός ως Brigham and Women's), ήταν πεπεισμένος ότι βρήκε ένα τέλος στο πρόβλημα της απόρριψης οργάνων.
Στην αυτοβιογραφία του, Χειρουργική της Ψυχής, ο Murray θυμήθηκε τη στιγμή του θριάμβου. "Υπήρξε μια συλλογική σίγαση στο χειρουργείο καθώς αφαιρούμε απαλά τους σφιγκτήρες από τα αγγεία που προσαρτήθηκαν πρόσφατα στον νεφρό δότη. Καθώς η ροή του αίματος αποκαταστάθηκε, ο νέος νεφρός του Ρίτσαρντ άρχισε να γεμίζει και να μετατρέπεται σε ροζ », έγραψε. "Με τους Herricks, ο Murray είχε αποδείξει ένα ουσιαστικό σημείο της βιολογικής μουλωπίας, μιας οπτικής γωνίας που οδηγεί τόσο στην σημερινή βιοτεχνολογία: Δεν υπάρχει υποκατάστατο για τη χρήση του γενετικού υλικού ενός ασθενούς.
Καθώς η χειρουργική επιστήμη βελτιώθηκε μαζί με τις ανοσοκατασταλτικές θεραπείες που επέτρεψαν στους ασθενείς να δεχτούν ξένα όργανα, αυτό που φαινόταν κάποτε εκτός αντιλήψεως έγινε πραγματικότητα. Η πρώτη επιτυχημένη μεταμόσχευση παγκρέατος πραγματοποιήθηκε το 1966, η πρώτη μεταμόσχευση καρδιάς και ήπατος το 1967. Το 1984, το Κογκρέσο είχε περάσει τον Εθνικό Νόμο Μεταμόσχευσης Οργάνων, ο οποίος δημιούργησε ένα εθνικό μητρώο για την ταυτοποίηση οργάνων και προσπάθησε να εξασφαλίσει ότι τα όργανα των δοτών ήταν δίκαια κατανεμημένα . Σε νοσοκομεία σε ολόκληρη τη χώρα, οι γιατροί έσπασαν τις ειδήσεις όσο πιο ήπια μπορούσαν - Η προσφορά απλά δεν ανταποκρίνεται στη ζήτηση, θα πρέπει να κρεμάσετε - και σε πολλές περιπτώσεις έβλεπαν ότι οι ασθενείς πέθαιναν περιμένοντας να μαρκάρονται τα ονόματά τους στην κορυφή της λίστας. Αυτό το βασικό πρόβλημα δεν έχει εξαφανιστεί. Σύμφωνα με το Υπουργείο Υγείας και Ανθρωπίνων Υπηρεσιών των ΗΠΑ, 21 άνθρωποι πεθαίνουν κάθε μέρα στη χώρα μόνο και περιμένουν ένα όργανο. "Για μένα, το αίτημα δεν ήταν αφηρημένο", μου είπε πρόσφατα η Atala. "Ήταν πολύ πραγματικό, ήταν καρδιάς, και με οδήγησε. Κάλεσε όλους μας να βρούμε νέες διορθώσεις. "
Η Atala, η οποία είναι 57 ετών, είναι λεπτή και ελαφρώς στριμωγμένη, με ένα σοκ από καστανά μαλλιά και μια ευχάριστη ευπρέπεια - ενθαρρύνει όλους να τον καλέσουν Tony. Γεννήθηκε στο Περού και μεγάλωσε στη Φλώριδα. Η Atala πήρε το MD και εξειδικευμένη εκπαίδευση στην ουρολογία στο Πανεπιστήμιο της Louisville. Το 1990 έλαβε δίχρονη υποτροφία με την Ιατρική Σχολή του Χάρβαρντ. (Σήμερα, στο Wake Forest, εξακολουθεί να αποκλείει τουλάχιστον μία μέρα την εβδομάδα για να δει τους ασθενείς.) Στο Χάρβαρντ εντάχθηκε σε ένα νέο κύμα νέων επιστημόνων που πίστευαν ότι μια λύση για την έλλειψη δότη οργάνων θα μπορούσε να είναι η δημιουργία, σε εργαστήριο, ανταλλακτικών.
Μεταξύ των πρώτων μεγάλων έργων τους ήταν να προσπαθήσουμε να αναπτύξουμε μια ανθρώπινη ουροδόχο κύστη - ένα σχετικά μεγάλο όργανο, αλλά ένα κοίλο, αρκετά απλό στη λειτουργία του. Χρησιμοποίησε μια βελόνα συρραφής για να συρράψει μαζί ένα βιοδιασπώμενο ικρίωμα με το χέρι. Αργότερα, πήρε τα ουροθελιακά κύτταρα από την ουροδόχο κύστη και την ουροδόχο κύστη ενός δυνητικού ασθενούς και τα πολλαπλασιάστηκε στο εργαστήριο και έπειτα εφάρμοσε τα κύτταρα στην δομή. "Ήταν σαν να ψήνεις ένα στρώμα κέικ", μου είπε η Atala. "Το κάναμε ένα στρώμα τη φορά. Και αφού κάναμε όλα τα σπέρματα, τα βάζαμε ξανά σε ένα φυτώριο και τα αφήσαμε να μαγειρευτούν. "Μέσα σε λίγες εβδομάδες, αυτό που προέκυψε ήταν μια μικρή λευκή σφαίρα, όχι τόσο διαφορετική από το πραγματικό πράγμα.
Μεταξύ του 1999 και του 2001, μετά από μια σειρά δοκιμών σε σκύλους, προσαρμοσμένες κυψελίδες μεταμοσχεύτηκαν σε επτά νεαρούς ασθενείς που πάσχουν από spina bifida, μια εξουθενωτική διαταραχή που προκαλούσε την αποτυχία των ουροδόχων κύστεών τους. Το 2006, σε ένα πολυανακοινωμένο χαρτί στο Lancet, η Atala ανακοίνωσε ότι, επτά χρόνια αργότερα, οι βιοτροπολιτικές κύστεις λειτουργούσαν εξαιρετικά καλά. Ήταν η πρώτη φορά που τα εργαστηριακά όργανα είχαν μεταμοσχευθεί με επιτυχία στον άνθρωπο. "Αυτό είναι ένα μικρό βήμα στην ικανότητά μας να προχωρήσουμε στην αντικατάσταση των κατεστραμμένων ιστών και οργάνων", δήλωσε ο Atala σε ένα δελτίο τύπου εκείνη την εποχή, αντανακλώντας τα λόγια του Neil Armstrong. Ήταν ένα αντιπροσωπευτικό παράδειγμα ενός από τα πρωταρχικά δώρα της Atala. Όπως μου είπε ο David Scadden, διευθυντής του Κέντρου Ανανεωτικής Ιατρικής στο Γενικό Νοσοκομείο της Μασαχουσέτης και ο συνδιευθυντής του Ινστιτούτου Stem Cell του Χάρβαρντ, η Atala "πάντα ήταν οραματιστής. Πάντα ήταν αρκετά τολμηρός και πολύ αποτελεσματικός στην ικανότητά του να επιστήσει την προσοχή στην επιστήμη ».
Οι κύστεις ήταν ένα σημαντικό ορόσημο, αλλά δεν ήταν ιδιαίτερα υψηλές όσον αφορά τη ζήτηση των ασθενών. Επιπλέον, η διαδικασία έγκρισης πολλών σταδίων που απαιτείται από την Αμερικανική Υπηρεσία Τροφίμων και Φαρμάκων για τέτοιες διαδικασίες μπορεί να πάρει χρόνο. Σήμερα, οι μηχανές Atala που έχουν κατασκευαστεί δεν έχουν λάβει έγκριση για ευρεία χρήση. «Όταν σκέφτεστε την αναγεννητική ιατρική, πρέπει να σκεφτείτε όχι μόνο για το τι είναι δυνατό, αλλά τι χρειάζεται», μου είπε η Atala. "Πρέπει να σκεφτείτε, " έχω μόνο πολύ χρόνο, έτσι τι θα κάνει το μεγαλύτερο δυνατό αντίκτυπο στις περισσότερες ζωές; ""
Για την Atala, η απάντηση ήταν απλή. Περίπου οκτώ στους δέκα ασθενείς σε μια λίστα μεταμοσχεύσεων χρειάζεται ένα νεφρό. Σύμφωνα με μια πρόσφατη εκτίμηση, περιμένουν κατά μέσο όρο τέσσερα και μισή χρόνια για έναν δωρητή, συχνά σε σοβαρό πόνο. Εάν η Atala ήθελε πραγματικά να λύσει την κρίση έλλειψης οργάνων, δεν υπήρχε τρόπος γύρω της: θα έπρεπε να ασχοληθεί με το νεφρό.
Από την προέλευσή του στις αρχές της δεκαετίας του 1980, όταν θεωρήθηκε σε μεγάλο βαθμό ως βιομηχανικό εργαλείο για την κατασκευή πρωτοτύπων, η εκτύπωση 3-D έχει εξελιχθεί σε μια βιομηχανία πολλών δισεκατομμυρίων δολαρίων, με μια συνεχώς διευρυνόμενη γκάμα πιθανών εφαρμογών, από τα παπούτσια σχεδιαστών έως τις οδοντικές κορώνες σε σπιτικά πλαστικά όπλα. (Σήμερα, μπορείτε να περπατήσετε σε ένα ηλεκτρονικό κατάστημα και να αγοράσετε έναν φορητό εκτυπωτή 3-D για λιγότερο από $ 500.) Ο πρώτος ιατρικός ερευνητής που έκανε το άλμα προς τη ζωντανή ύλη ήταν ο Thomas Boland ο οποίος, ενώ ήταν καθηγητής βιοϊατρικής στο Πανεπιστήμιο Clemson Νότια Καρολίνα, το 2003 υπέβαλε αίτηση για δίπλωμα ευρεσιτεχνίας σε προσαρμοσμένο εκτυπωτή inkjet ικανό να εκτυπώνει ανθρώπινα κύτταρα σε ένα μίγμα πηκτής. Σύντομα, οι ερευνητές όπως η Atala ήταν τυλιγμένοι με τις δικές τους εκδοχές της μηχανής.
Για την Atala, η υπόσχεση της βιογραφίας είχε πάντα να κάνει με την κλίμακα. Αν και είχε μεγαλώσει με επιτυχία ένα όργανο σε ένα εργαστήριο και το μεταμόσχευσε σε έναν άνθρωπο, η διαδικασία ήταν απίστευτα χρονοβόρα, η ακρίβεια έλειπε, η αναπαραγωγικότητα ήταν χαμηλή και η πιθανότητα ανθρώπινου σφάλματος πανταχού παρόν.
Στο Wake Forest, όπου ο Atala έγινε ο ιδρυτικός διευθυντής του ινστιτούτου το 2004, άρχισε να πειραματίζεται με την εκτύπωση του δέρματος, των οστών, των μυών, των χόνδρων και, κυρίως, των νεφρικών δομών. Μέσα σε λίγα χρόνια ήταν αρκετά βέβαιος για την πρόοδό του για να το δείξει. Το 2011, η Atala έδωσε μια TED Talk σχετικά με το μέλλον των βιοτεχνολογικών οργάνων που από τότε έχουν εξεταστεί περισσότερο από δύο εκατομμύρια φορές. Φορώντας τσαλακωμένο khakis και ένα ελεφαντόδοντο ριγέ πουκάμισο, μίλησε για τη "σοβαρή κρίση της υγείας" που παρουσίασε η έλλειψη οργάνων, εν μέρει ως αποτέλεσμα της μεγαλύτερης διάρκειας ζωής μας. Περιέγραψε τις ιατρικές προκλήσεις που κατέλαβαν συνοπτικά η καινοτομία και η επιθετική εργαστηριακή εργασία: επινοώντας τα καλύτερα βιοϋλικά για χρήση σε ικριώματα, μαθαίνοντας πώς να αναπτύσσονται κύτταρα εξειδικευμένα σε όργανα έξω από το ανθρώπινο σώμα και να τα διατηρούν ζωντανά. (Ορισμένα κύτταρα, εξήγησε, όπως αυτά του παγκρέατος και του ήπατος, παρέμειναν πεισματικά δύσκολα να αναπτυχθούν).
Και μίλησε για βιογραφικό, παρουσιάζοντας ένα βίντεο από μερικούς από τους εκτυπωτές του στο εργαστήριο στο εργαστήριο και στη συνέχεια αποκαλύπτοντας έναν εκτυπωτή πίσω του πάνω στη σκηνή, απασχολημένος δημιουργώντας ένα ροζ σφαιρικό αντικείμενο. Προς το τέλος της ομιλίας του, ένας από τους συναδέλφους του εμφανίστηκε με ένα μεγάλο ποτήρι γεμάτο με ένα ροζ υγρό.
Ενώ το πλήθος κάθισε στη σιωπή, η Atala έφτασε στο ποτήρι και έβγαλε κάτι που φάνηκε να είναι ένας γλοιώδης, υπερμεγέθης φασόλι. Σε μια αριστοκρατική επίδειξη απεικόνισης, κρατούσε το αντικείμενο προς τα εμπρός στα χέρια του. "Μπορείτε να δείτε πραγματικά το νεφρό όπως είχε εκτυπωθεί νωρίτερα σήμερα", είπε. Το πλήθος έσπασε σε αυθόρμητο χειροκρότημα. Την επόμενη μέρα ο οργανισμός ειδήσεων συρμάτων Agence France-Presse έσκαψε σε ένα ευρέως διαδεδομένο άρθρο ότι η Atala είχε τυπώσει ένα «πραγματικό νεφρό» σε μια μηχανή που "εξαλείφει την ανάγκη για δότες όταν πρόκειται για μεταμοσχεύσεις οργάνων".
Το μέλλον έρχεται.
Και τότε δεν ήταν.
Στην πραγματικότητα, αυτό που είχε κρατήσει η Atala στη σκηνή δεν ήταν ένας ανθρώπινος νεφρός που λειτουργούσε. Ήταν αδρανές, ένα εξαιρετικά λεπτομερές μοντέλο, μια γεύση από ό, τι ελπίζαμε και πίστευε ότι θα έφερνε βιογραφικό. Εάν παρακολουθήσατε προσεκτικά την παρουσίαση, θα μπορούσατε να δείτε ότι ο Atala δεν υποσχέθηκε ποτέ ότι αυτό που κρατούσε ήταν ένα όργανο εργασίας. Ακόμα, οι κριτικοί αναρριχήθηκαν σε αυτό που θεωρούσαν ως άσκηση υψηλής ποιότητας σε ειδικά εφέ.
Πέρυσι, η Jennifer Lewis, επιστήμονας υλικών στο Χάρβαρντ και κορυφαίος ερευνητής στον τομέα της βιογραφίας (η ειδικότητά της είναι μηχανικοί αγγειοποιημένοι ιστοί) φάνηκε να επικρίνει την Atala σε συνέντευξη με τον New Yorker . "Νόμιζα ότι ήταν παραπλανητικό", είπε, αναφερόμενος στην TED Talk. "Δεν θέλουμε να δώσουμε στους ανθρώπους ψευδείς προσδοκίες και δίνουν στο πεδίο ένα κακό όνομα".
Μετά την TED Talk, το Wake Forest δημοσίευσε ένα δελτίο τύπου το οποίο τονίζει ότι θα ήταν πολύ καιρό πριν κάποιος βιοφωτογραφημένος νεφρός να έρθει στην αγορά. Όταν ρώτησα τον Atala αν είχε μάθει τίποτα από τη διαμάχη, αρνήθηκε να το σχολιάσει άμεσα, δείχνοντας αντ 'αυτού τον λόγο για τον οποίο δεν θέλει να βάλει μια σφραγίδα χρόνου σε ένα συγκεκριμένο έργο. «Δεν θέλουμε να δώσουμε στους ασθενείς ψευδή ελπίδα», μου είπε.
Η δημιουργία σκασίματος ήταν καθαρά ενδεικτική μιας από τις κεντρικές προκλήσεις που αντιμετωπίζουν οι ερευνητές σε όλο τον τομέα της αναγεννητικής ιατρικής: Θέλετε να προκαλέσετε ενθουσιασμό για το τι είναι δυνατό, επειδή ο ενθουσιασμός μπορεί να μεταφραστεί σε τύπο, χρηματοδότηση και πόρους. Θέλετε να εμπνεύσετε τους ανθρώπους γύρω σας και την επόμενη γενιά επιστημόνων. Αλλά δεν θέλετε να διαστρεβλώσετε τι είναι ρεαλιστικά εφικτό.
Και όταν πρόκειται για μεγάλα, πολύπλοκα όργανα, ο τομέας έχει ακόμα έναν τρόπο να πάει. Καθίστε με ένα μολύβι και ένα κομμάτι χαρτί και δύσκολα θα μπορούσατε να ονειρευτείτε κάτι πιο αρχιτεκτονικά ή λειτουργικά πολύπλοκο από τον ανθρώπινο νεφρό. Το εσωτερικό του οργάνου μεγέθους πύλης αποτελείται από συμπαγείς ιστούς που διασχίζουν ένα περίπλοκο σύστημα οδικών αρτηριών που μετράει μόλις 0, 010 χιλιοστά και περίπου ένα εκατομμύριο μικροσκοπικά φίλτρα γνωστά ως νεφρώνα, τα οποία στέλνουν υγιή υγρά πίσω το ρεύμα του αίματος και τα απόβλητα μέχρι την ουροδόχο κύστη με τη μορφή ούρων. Για να βιογραφείτε ένα νεφρό, θα πρέπει να είστε σε θέση να καλλιεργείτε και να εισάγετε όχι μόνο λειτουργικά νεφρικά κύτταρα και νεφρώνα, θα πρέπει επίσης να έχετε μάθει πώς να γεμίσετε το όργανο με ένα αγγειακό σύστημα για να κρατάτε το όργανο που τροφοδοτείται με το αίμα και τα θρεπτικά συστατικά χρειάζεται. Και θα πρέπει να το κατασκευάσεις όλα από μέσα προς τα έξω.
Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο πολλοί ερευνητές διερευνούν επιλογές που δεν περιλαμβάνουν την εκτύπωση αυτών των δομών από το μηδέν, αλλά προσπαθούν να χρησιμοποιήσουν εκείνες που έχουν ήδη σχεδιαστεί από τη φύση. Στο Ινστιτούτο Τέξας του Τέξας, στο Χιούστον, ο διευθυντής του ερευνητικού προγράμματος για την αναγεννητική ιατρική του Ινστιτούτου, Doris Taylor, πειραματίζεται με όργανα που έχουν αφαιρεθεί από μυς και όλα τα υπόλοιπα ζωντανά κύτταρα σε ένα χημικό λουτρό, αφήνοντας μόνο τα υποκείμενη μήτρα κολλαγόνου. Ένα όργανο με ξεθώριασμα είναι ανοιχτόχρωμο και φαινομενικό - μοιάζει με ένα ραβδί λάμψης στραγγισμένο από το διάλυμα που κάποτε το έκανε λάμψη. Αλλά, αποφασιστικά, η διαδικασία αφήνει την εσωτερική αρχιτεκτονική του οργάνου ανέπαφη, τα αγγεία και όλα αυτά.
Ο Taylor ελπίζει ότι μια μέρα θα χρησιμοποιήσει τις καρδιές των χοίρων, που έχουν επαναπληρωθεί με ανθρώπινα κύτταρα, για μεταμόσχευση σε ανθρώπους ασθενείς. Μέχρι στιγμής, η ομάδα της έχει εγχύσει τις καρδιές με ζωντανά κύτταρα βοοειδών και τις έβαλε σε αγελάδες, όπου κατάφεραν με επιτυχία να αντλήσουν αίμα μαζί με την πρωτότυπη, υγιή καρδιά της αγελάδας. Για τον Taylor, αυτή η προσέγγιση καλύπτει τις προκλήσεις της εξεύρεσης τρόπων εκτύπωσης με την απίστευτα λεπτή ανάλυση που απαιτούν τα αγγειακά δίκτυα. "Η τεχνολογία θα πρέπει να βελτιωθεί πολύ πριν μπορέσουμε να βιογραφικά ένα νεφρό ή μια καρδιά και να πάρουμε αίμα σε αυτήν και να τη διατηρήσουμε ζωντανή", λέει ο Taylor.
Οι ερευνητές στο Wake Forest πειραματίζονται επίσης με τα κελιά από τα ζώα και τα ανθρώπινα πτώματα. Πράγματι, αν και η Αττάλα βλέπει το νεφρό αντικατάστασης ως το Άγιο Δισκοπότηρο του, δεν προσποιείται ότι η κατασκευή ενός θα είναι οτιδήποτε άλλο παρά μια βαθμιαία διαδικασία, που αναλαμβάνεται από διάφορες γωνίες. Έτσι, ενώ οι ερευνητές του Ινστιτούτου και αλλού εργάζονται για να βελτιώσουν την εκτύπωση της εξωτερικής δομής και της εσωτερικής αρχιτεκτονικής του οργάνου, δοκιμάζουν επίσης με διαφορετικούς τρόπους να εκτυπώνουν και να αναπτύσσουν αιμοφόρα αγγεία. Ταυτόχρονα, επιδιώκουν τις τεχνικές καλλιέργειας των ζωντανών νεφρικών κυττάρων που είναι απαραίτητες για να καταστήσουν όλες τις εργασίες τους, συμπεριλαμβανομένου ενός νέου σχεδίου διάδοσης νεφρικών κυττάρων που λαμβάνεται από βιοψία υγιούς ιστού ενός ασθενούς.
Όταν μιλήσαμε, η Αττάλα υπογράμμισε ότι ο στόχος του είναι να αποκτήσει ένα λειτουργικό, επεξεργασμένο μεγάλο όργανο σε ένα ανθρώπινο ον που τον χρειάζεται απεγνωσμένα, ανεξάρτητα από το αν αυτό το όργανο ήταν βιογραφικό ή όχι. "Οποιαδήποτε τεχνολογία χρειάζεται για να φτάσει εκεί", είπε.
Και παρόλα αυτά ήρθε γρήγορα να επισημάνει ότι ο τρόπος που φτάνετε εκεί δεν είναι ασήμαντος: Τέλος, θέλεις να θέσεις τα θεμέλια για μια βιομηχανία που θα εξασφαλίσει ότι κανείς δεν θα έχει τις επόμενες δεκαετίες ή τον 22ο αιώνα, ανάλογα με το επίπεδο της αισιοδοξίας σας - θα θέλει ποτέ ξανά για ένα σωτήριο σωτήριο όργανο. Για να το κάνετε αυτό, δεν μπορείτε να το πάτε με το χέρι.
"Θα χρειαστείτε μια συσκευή που να μπορεί να δημιουργήσει τον ίδιο τύπο οργάνων ξανά και ξανά", μου είπε η Atala. "Ακριβώς όπως ήταν μηχανουργική."
Ένα απόγευμα, σταμάτησα από το γραφείο του John Jackson, αναπληρωτή καθηγητή στο ινστιτούτο. Ο Τζάκσον, 63 ετών, είναι πειραματικός αιματολόγος από το εμπόριο. Ήρθε στο Wake Forest πριν από τέσσερα χρόνια και παρότρυνε τη μετάβαση στο ινστιτούτο, με όλη την τεχνολογία της επόμενης γενιάς, καθώς "επέστρεφε ξανά στο σχολείο".
Ο Τζάκσον επιβλέπει την ανάπτυξη ενός εκτυπωτή δερματικών κυττάρων, ο οποίος έχει σχεδιαστεί για να εκτυπώνει μια σειρά ζωντανών κυττάρων του δέρματος απευθείας σε έναν ασθενή. "Πείτε ότι έχετε τραυματισμό στο δέρμα σας", πρότεινε ο Τζάκσον. "Θα σαρώσετε αυτή την πληγή για να πάρετε το ακριβές μέγεθος και το σχήμα του ελαττώματος και θα πάρετε μια εικόνα 3-D για το ελάττωμα. Θα μπορούσατε τότε να εκτυπώσετε τα κελιά "που αναπτύσσονται σε υδρογέλη" με την ακριβή μορφή που χρειάζεστε για να τοποθετήσετε την πληγή. "Αυτή τη στιγμή ο εκτυπωτής μπορεί να τοποθετήσει ιστούς στα δύο πρώτα στρώματα του δέρματος, και να θεραπεύουν τις πληγές που καίγονται. Κάτω από τη γραμμή, ο εργαστής ελπίζει να εκτυπώσει βαθύτερα κάτω από την επιφάνεια του δέρματος και να εκτυπώσει πιο περίπλοκα στρώματα δέρματος, συμπεριλαμβανομένου του λιπώδους ιστού και των βαθιά ριζωμένων τριχοθυλακίων.
Οι εκτιμήσεις του Jackson ότι οι κλινικές δοκιμές θα μπορούσαν να ξεκινήσουν τα επόμενα πέντε χρόνια, εν αναμονή της έγκρισης του FDA. Εν τω μεταξύ, η ομάδα του ήταν απασχολημένη να δοκιμάσει τον δερματικό εκτυπωτή σε χοίρους. Εκτύπωσε μια μεγάλη αφίσα, η οποία χωρίστηκε σε πίνακες. Στην πρώτη ήταν μια λεπτομερής φωτογραφία τετραγωνικής πληγής, περίπου τεσσάρων ιντσών στη μία πλευρά, που οι τεχνικοί είχαν κόψει στην πλάτη ενός χοίρου. (Οι χοίροι είχαν τεθεί υπό γενική αναισθησία.) Την ίδια ημέρα, οι ερευνητές είχαν τυπώσει κύτταρα απευθείας πάνω στο τραύμα, μια διαδικασία που χρειάστηκε περίπου 30 λεπτά. Στις φωτογραφίες μετά την εκτύπωση, θα μπορούσατε να διακρίνετε μια διαφορά στο χρώμα και την υφή: Η περιοχή ήταν γκρίζα και πιο σκούρα από τη φυσική χοιρινή σάρκα. Αλλά υπήρχε μικρή πρόσκρουση, χωρίς αυξημένο ή ρυτιδωμένο ιστό ουλής και, με την πάροδο του χρόνου, το πήκτωμα συγχωνεύθηκε εν πολλοίς στο περιβάλλον δέρμα.
Ο εκτυπωτής δερματικών κυττάρων είναι ένα από τα πολλά ενεργά προγράμματα στο ινστιτούτο που χρηματοδοτείται από το Υπουργείο Άμυνας των ΗΠΑ, συμπεριλαμβανομένων πρωτοβουλιών αναγέννησης ιστών για τραυματισμούς προσώπου και γεννητικών οργάνων, και οι δύο από τους οποίους ήταν ενδημικές μεταξύ αμερικανών στρατιωτών που τραυματίστηκαν σε πρόσφατους πολέμους. Πέρυσι, οι ερευνητές υπό την ηγεσία της Atala ανακοίνωσαν την επιτυχή εμφύτευση των vaginas με τη χρήση των κυττάρων των ασθενών σε τέσσερις έφηβους που πάσχουν από μια σπάνια αναπαραγωγική διαταραχή που ονομάζεται σύνδρομο Mayer-Rokitansky-Küster-Hauser. Το Wake Forest δοκιμάζει επίσης πειραματόζωα και σπονδυλωτά πτώματα σε ζώα, με ελπίδα να ξεκινήσουν ανθρώπινες δοκιμές τα επόμενα πέντε χρόνια.
Το Περιφερειακό, το νέο μυθιστόρημα του φουτουριστή Γουίλιαμ Γκίμπσον, που δημιούργησε τον όρο "κυβερνοχώρος" και προέβλεπε το μεγαλύτερο μέρος της ψηφιακής επανάστασης, λαμβάνει χώρα σε μια εποχή που οι άνθρωποι είναι σε θέση να "παρασκευάσουν" - ουσιαστικά 3-D εκτυπώσεις - οτιδήποτε χρειάζονται : φάρμακα, υπολογιστές, ρούχα. Περιορίζονται μόνο από τη φαντασία τους. Κι όμως, ακούμπησα πάνω από την αφίσα του Τζάκσον, βρήκα τον εαυτό μου να σκεφτόμαστε ότι ακόμη και ο Γκίμπσον δεν είχε προβλέψει αυτό: ζωντανή σάρκα, κατόπιν αιτήματος.
Πήγα στο γραφείο της Αττάλας. Το ηλιακό φως σπρώχτηκε στο πάτωμα και ένα ψηλό σύνολο βιβλιοθηκών, που έδειχνε φωτογραφίες από τους δύο νεαρούς γιους της Atala και από πολλά αντίγραφα του εγχειριδίου του, τις Αρχές της Αναγεννητικής Ιατρικής .
Ήταν στο χειρουργείο όλο το πρωί (είναι επίσης ο πρόεδρος της ουρολογικής σχολής της ιατρικής σχολής) και δεν περίμενε να επιστρέψει στην πατρίδα του μέχρι αργά το βράδυ, αλλά ήταν χαρούμενος και έτρεξε με ενέργεια. Τον ρώτησα αν σκέφτηκε ποτέ να εγκαταλείψει την πρακτική του και να εστιάσει αποκλειστικά στην έρευνα.
Κούνησε το κεφάλι του. "Τελικά, πήγα στην ιατρική για να φροντίσω τους ασθενείς", είπε. "Μου αρέσει να έχω αυτή τη σχέση με οικογένειες και ασθενείς. Αλλά εξίσου σημαντικό, με κρατάει σε επαφή με την ανάγκη. Επειδή αν βλέπω ότι χρειάζεται από πρώτο χέρι, αν μπορώ να βάλω πρόσωπα στο πρόβλημα - καλά, ξέρω ότι θα συνεχίσω να δουλεύω σε αυτό, συνεχίζω να προσπαθώ να καταλάβω ".
