Vaikeasti valaistuissa laboratorioissa Winston-Salemissa, Pohjois-Carolinassa, istuu kone, joka on monella tapaa samanlainen kuin vakiona julkaistava työpöydän tulostin. Siinä on mustesäiliöt ja suuttimet, sisäinen tuuletin pitämään sen viileänä ja joukko tuloliittimiä, joita voidaan käyttää liittämään se läheiseen tietokoneeseen. Se on satunnaisen tukoksen alainen. Ja silti 800 punnan teräs- ja muovilaite on erilainen kuin mitä olet koskaan tavannut, koska se, mitä se tulostaa, on elossa - miljoonat ja miljoonat elävät ihmisen solut, jotka sisältyvät viskoosiin geeliin ja kudotut herkkien biohajoavien tukien läpi värisevässä simulaakrumissa. ihmisen kudos.
Tästä tarinasta
Kudosten tilan uudistaminen tilanteessa: Isäntäsolujen rekrytointi ja biomateriaalisuunnittelu
OstaaAsiaan liittyvä sisältö
- Kasvojen pelastaminen: Kuinka yksi uraauurtava kirurgi ajaa kasvojen siirtojen rajoja
Integroituneiden kudosten ja elinten painatusjärjestelmän eli ITOP: n rakentaminen ja hienostuminen kesti vuosikymmenen, jolloin lukuisat tutkijat ja insinöörit saivat aikaan. Viime kädessä se on kuitenkin yhden miehen aivotärä: harmaakarvainen 59-vuotias lääkäri nimeltään Anthony Atala. Perussa syntynyt ja Miamin ulkopuolella kasvatettu Atala - tänään Wake Forest -instituutin johtaja - on viettänyt viimeisen vuosikymmenen yrittämällä tulostaa eläviä elimiä.
”Minulle kaikki alkoi takaisin Bostonista 1990-luvun alkupuolella”, urologinen kirurgi ja bioteknologi muistelee. ”Koska silloin jouduin todella kohtaamaan elinsiirtopuuteja.” Atala työskenteli tuolloin ensimmäisellä lääketieteen jälkeisessä keikkansa tutkijana Harvardin lääketieteellisessä koulussa. Joka viikko Bostonin lastensairaalassa käytyjen kierrosten aikana hän tapasi toisen nuoren potilaan, joka oli viettänyt kuukausia tai jopa vuosia odottamassa korvaavaa elintä. Jotkut kuolivat ennen korvaavan munuaisen tai maksan löytämistä. Toisilla oli vaikea immunologinen vaste siirretyille elimille. Atala uskoi, että ratkaisu oli selvä, jos se oli kaukaa haettu: laboratoriossa kasvatettuja elimiä viljeltiin potilaan omista soluista ja implantoitiin kirurgisesti vartaloon.
"Se kuulosti tuolloin erittäin tieteelliseltä, " Atala muisteli, "mutta olin varma, että se oli tulevaisuus." Vuonna 1999 Atala ja tutkijaryhmä kudostekniikan ja soluterapeuttisen laboratorion tutkijaryhmässä osoittivat maamerkkikokeessa. Lasten sairaalassa rakensi korvausrakon seitsemälle lapselle, joilla on vakava spina bifida -muoto, heikentävä sairaus, joka voi vaikuttaa virtsateihin ja suolistoon. Elinten rakentamiseksi tutkijat tekivät ensin käsin rakennettuja telineitä tai perustuksia kollageenista ja synteettisestä polymeeristä. He ottivat kudosnäytteitä potilailta ja viljelivät soluja kyseisestä kudoksesta nesteessä. Sitten he päällystivät perustan asianomaisen potilaan soluilla - ulkoisilla lihassoluilla ja sisäpuolella virtsarakon soluilla - ja antoivat solujen kypsennä tai kasvaa rakennustelineillä.
Seitsemän vuotta sen jälkeen, kun ensimmäinen räätälöityjä rakoita oli istutettu potilaille, lastensairaalan urologi Atala ja Alan Retik ilmoittivat, että kaikki seitsemän potilasta olivat hyvässä kunnossa. Se oli ensimmäinen kerta, kun laboratoriossa viljeltyjä elimiä käytettiin menestyksekkäästi vaikeuksissa olevien biologisten vastineiden korvaamiseen. Yksi sanomalehti kertoi tuloksista nimellä “lääkkeen pyhä Graali”.
Atala oli tyytyväinen. Mutta hän tiesi, että elinten rakentaminen käsin vaati liian paljon aikaa ja vaivaa kysynnän tyydyttämiseksi. Mitä todella tarvittiin, oli vähän Henry Ford -tyyppistä automaatiota. Vuonna 2004 Atala suostui johtamaan tällaista aloitetta Wake Forestissa, joka ei ole kaukana Pohjois-Carolinan tutkimuskolmiosta, biotekniikan keskuksesta ja kotipesästä kouralliselle 3D-tulostusyritykselle.
Kun voit tilata uuden ruumiinosan verkossa, sinulla on lääkäri kiittää.Alun perin valmistukseen tarkoitetut 3D-tulostimet olivat 2000-luvun puoliväliin mennessä siirtyneet muovin ulkopuolelle. Ajattele materiaalia, ja on todennäköistä, että joku tulostaa sitä: nylon, ruostumaton teräs, suklaa. "Näin toimielimen ja valtion välisen linjauksen keskittyäkseen todella biotekniikkaan", Atala sanoo. "Tiesin, että jos aiomme siirtää näitä tekniikoita potilaille, tarvitsimme kyseisen infrastruktuurin ja tuen paikallaan."
Vuosien mittaan Atala ja hänen henkilöstönsä ovat pystyneet kehittämään tulostimia, jotka pystyvät tulostamaan räätälöityjä ihmiselinten telineitä, jotka voitaisiin päällystää manuaalisesti ihmisen tai eläimen soluilla. Sitten he rakensivat tulostimen, joka pystyi tulostamaan ihosolut suoraan potilaalle, vaikkakin erittäin pieninä määrinä. Mutta kudoksen tulostaminen osoittautui suureksi haasteeksi osittain siksi, että kudoksen laajeneminen vaatii myös tasaista veren ja ravinteiden virtausta. He voisivat tulostaa solut elimelle tai he voivat tulostaa verisuonia ja muita tukikudoksia, mutta he eivät pystyneet tulostamaan molempia samanaikaisesti siten, että elin selviytyisi.
Sitten tuli ITOP sen keskeisellä läpimurtoteknologialla. Ainutlaatuiset säiliöt pitävät ihmis- ja eläinsolut hengissä pidempään kuin aikaisemmat tulostinmallit; ja erittäin tarkat neulat tai suihkut, tulostavat hilatyökalun ”mikrokanavista”, joiden mitat ovat 200 mikronia, biomateriaaliin. Nämä suonet antavat ravinteiden virtata kudoksen läpi. Atala ja viisi Wake Forest -tutkijaa paljastivat aiemmin tänä vuonna Nature Biotechnology -julkaisussa, että ITOP: lle painettu rusto, luu- ja lihaskudos oli implantoitu onnistuneesti jyrsijöihin ja että kaksi kuukautta myöhemmin kudoksessa oli kehitetty verijärjestelmä. suonet ja hermot. Ihmispotilaille tehtävät testit seuraavat todennäköisesti seuraavan vuoden aikana, kunnes hallitus hyväksyy.
Ei tarvitse sitoutunut futuristi ymmärtää vaikutuksia. Jos ja kun ITOP: n kaltainen kone menee kaupalliseen tuotantoon, voi joskus olla mahdollista tilata pala korvaavaa ihoa. Koneiden parantuessa ne saattavat kehittyä ihon painostamisesta erittäin monimutkaisten elinten, kuten munuaisten, tulostamiseen. Sairaalat maailmanlaajuisesti varustetaan ITOP: n jälkeläisillä. Elinpula olisi menneisyyteen.
Se on unelma, joka sai Atalan biotekniikkaan, ja se pitää hänet edelleen. Mutta Atala neuvoi kärsivällisyyttä: Biopainetun materiaalin kokeet ihmisille voivat viedä vuosia. Sillä välin hän on pitänyt urologiaharjoitteluaan, ja näkee silti lukuisia potilaita viikossa leikkaussalin lisäksi. "Se on minulle tärkeää", hän sanoo, "koska se on muistutus siitä, ketä palvelette - kenelle teet tämän. Tämän tekniikan tavoitteena on parantaa potilaiden elämää. Täysi pysähdys."
Tilaa Smithsonian-lehti nyt vain 12 dollarilla
Tämä artikkeli on valikoima Smithsonian-lehden joulukuun numerosta
Ostaa
