Wake Forest -generatiivisen lääketieteen instituutin toisessa kerroksessa, lähellä hissipankia, on kokoelma haalistuneita vedoksia, jotka kuvaavat suuria hetkiä lääketieteen historiassa. Yhdessä antiikin babylonialaisen apteekin hallussa on lääkepullo. Toinen osoittaa kreikkalaisen lääkärin Hippokratesin pyrkivän potilaaseen viidennellä vuosisadalla eKr. Lääkeyritys Parke-Davis levitti lääkärit puoli vuosisataa sitten lääkäreille, joka osoitti heille historiallisen kohokelan. Mutta heidän ei ole vaikea lukea heidän läsnäoloaan Wake Forestissa, jossa asuu kenties suurin lääketieteellisten futuristien keskittymä planeetalla, lopullisena vitsi: Voitko uskoa kuinka pitkälle olemme saavuttaneet?
Tästä tarinasta
Ageless-sukupolvi
OstaaVieraillessani instituutissa, vanhassa Pohjois-Carolinan tupakkakaupungissa Winston-Salemissa, ohitin ilmavia laboratorioita, joissa valkoisella päällystetyt työntekijät liukuivat edestakaisin laattalattian poikki. Yhdellä pöydällä, joka on järjestetty kuin taidenäyttelyä, makaa munuaislaskimoiden hämähäkkivalut, jotka on tehty violetin, indigon ja puuvillan sävyinä. Hallin alaosassa kone hyppää satunnaisiin sähkövirtoihin kahden lihassydänjoukon läpi, joista toinen on leikattu rotalta, toinen suunniteltu biomateriaaleista ja soluista.
Young-Joon Seol -niminen tutkija tapasi minut ovessa huoneeseen, jossa on merkintä ”Bioprinting”. Nuori-Joon, turhatukarvainen ja muovisilla kehyksillä varustettujen silmälasien kanssa, kasvoi Etelä-Koreassa ja koulutti konepajateollisuutta Pohangin yliopistossa. Wake Forestissa hän on osa ryhmää, joka työskentelee laboratorion räätälöityjen bioprosessorien kanssa, voimakkaiden koneiden kanssa, jotka toimivat suunnilleen samalla tavalla kuin tavalliset kolmiulotteiset tulostimet: Objekti skannataan tai suunnitellaan mallintamisohjelmiston avulla. Tiedot lähetetään sitten tulostimelle, joka käyttää ruiskuja peräkkäisten ainekerrosten laskemiseen, kunnes kolmiulotteinen esine tulee esiin. Perinteiset 3D-tulostimet toimivat yleensä muoveina tai vahoina. "Mitä täällä on erilaista", Young-Joon sanoi nostaen silmälaseja nenään ylös, "on se, että meillä on kyky tulostaa jotain elävää."
Hän osoitti koneelle oikealle. Se muistutti ohimenevästi yhtä niistä kynsipeleistä, joita löydät moottoritien levähdyspaikoilta. Runko oli raskasta metallia, seinät läpinäkyvät. Sisällä oli kuusi ruiskua järjestetty peräkkäin. Yhdessä oli bioyhteensopiva muovi, joka painettaessa muodostaa painetun ihmisen elimen tai kehon osan rakennustelineen - luuranko, päällekkäin. Muut voitiin täyttää geelillä, joka sisälsi ihmisen soluja tai proteiineja niiden kasvun edistämiseksi.
Atala nojaa räätälöityä 3D-tulostinta vastaan. 74 prosenttia amerikkalaisista ajattelee, että biologisesti suunnitellut elimet ovat tekniikan "tarkoituksenmukaista käyttöä". Lääketieteellisten keskusten käyttämien kolmiulotteisten tulostimien määrän odotetaan kaksinkertaistuvan seuraavien viiden vuoden aikana. (Jeremy M. suuri) 
Tulevaisuudessa instituutti toivoo itävän tämän kaltaisille tulostimille tehdyt telineet elävien solujen kanssa siirrettävien ruumiinosien tuottamiseksi. (Jeremy M. suuri) 
Ns. Kehon siru -teknologiassa tutkijat käyttävät neljää pienimuotoista laboratoriosuunniteltua elintä punaisilla siruilla, jotka on kytketty verikorvikkeella kiertävillä putkilla, testatakseen patogeenien, lääkkeiden ja kemikaalien vaikutusta ihmiskehoon. (Jeremy M. suuri) 
Korva on yksi ensimmäisistä rakenteista, joita laboratoriot ovat yrittäneet hallita askeleena kohti monimutkaisempia rakenteita. (Jeremy M. suuri) 
Räätälöity 3D-tulostin toimii biologisesti yhteensopivan muovin kanssa rakennustelineiden lukitusrakenteen muodostamiseksi. (Jeremy M. suuri) 
"Kummitus" sian sydän irrotettiin kudossoluistaan. Jotkut tutkijat toivovat siirtävänsä tällaisia elimiä ihmisille sen jälkeen, kun ne on istutettu ihmisen soluilla. (Texas Heart Institute) 
Wake Forest -generatiivisen lääketieteen instituutin tutkijat luovat telineitä - luurankoja - pääasiassa ala- ja oikeaan korvaan. (Jeremy M. suuri) 
Lopulta kolmiulotteisella tulostimella tehdystä esineestä tulee yhtä paljon osa potilaan kehoa kuin elin, jonka kanssa henkilö syntyi. (Jeremy M. suuri) 
Laite, joka voi yhtenä päivänä testata lääkkeitä, kiertää verikorvikkeena pieniä laboratoriossa kasvatettuja organoideja, jotka jäljittelevät sydämen, maksan, keuhkojen ja verisuonten toimintaa. (Jeremy M. suuri) Kun telineitä tulostetaan, aiotun potilaan solut tulostetaan telineeseen ja siihen; rakenne sijoitetaan inkubaattoriin; solut moninkertaistuvat; ja periaatteessa esine implantoidaan potilaaseen tai potilaan päälle. Ajan myötä esineestä tulee yhtä paljon osa potilaan kehoa kuin elimiin, joiden kanssa hän syntyi. "Se on joka tapauksessa toivoa", Young-Joon sanoi.
Young-Joon oli ohjelmoinut yhden tulostimen aloittamaan prosessin, jolla luodaan telineet ihmisen korvaa varten, ja huone oli täynnä mukavaa elektronista rummua, jonka katkoi vain satunnainen tulppa tulostimesta - paineilman vapauttaminen, joka piti sen työskentely. Katsoen lasikotelon läpi, voin nähdä telineiden muodostuvan asteittain - pieniä, herkkiä, erittäin korvamaisia . Koska prosessin suorittaminen kesti tunteja, Young-Joon antoi minulle valmis version käsiteltäväksi. Se oli kevyt; se lepää kämmenelläni kuin perhonen.
Korvan ulkoinen rakenne on yksi ensimmäisistä rakenteista, joita Wake Forestin (ja muiden tutkimuskeskusten) instituutti on yrittänyt hallita, askeleena kohti monimutkaisempia. Wake-metsänhoitajilla on implantoitu biopainettu iho, korvat, luu ja lihakset laboratorioeläimille, joissa ne kasvoivat onnistuneesti ympäröivään kudokseen.
Biojäljen evankelistoille, jotka lisääntyvät - lääketieteellisiin tiloihin toimitettavien kolmiulotteisten tulostimien määrän odotetaan kaksinkertaistuvan seuraavien viiden vuoden aikana - tutkimukset ovat alustana maailmalle, joka on vasta keskittymässä: maailmaan, jossa potilaat tilata kehon varaosat samalla tavalla kuin he tilasivat korvaavan kaasuttimen Chevylle.
"Ajattele sitä kuten Dell-malli", sanoi lasten urologi ja instituutin johtaja Anthony Atala viittaamalla tietokoneyrityksen kuuluisaan "suoraan" suhdemalliin kuluttajan ja valmistajan välillä. Istuimme Atalan toimistossa tutkimuskeskuksen neljännessä kerroksessa. ”Sinulla olisi yrityksiä, jotka ovat olemassa prosessoimaan soluja, luomaan rakenteita, kudosta. Kirurgisi saattaa ottaa CT-tutkimuksen ja kudosnäytteen ja lähettää sen sille yritykselle ”, hän sanoi. Viikkoa myöhemmin, elin saapui steriiliin astiaan FedExin kautta, valmis implantointia varten. Presto, vaihto-o : Uusi kappale minusta - teistä -, tehty tilaukseen.
"Mielenkiintoista on, että todellisia kirurgisia haasteita ei ole", Atala sanoi. "On vain teknisiä esteitä, jotka sinun on ylitettävä varmistaaksesi, että suunnitellut kudokset toimivat ensisijaisesti oikein."
Olemme lähellä, "yksinkertaisilla" elimillä, kuten iholla, ulkokorvalla, putkimaisella henkitorvella. Samalla Atala ei voi auttaa, mutta katsoa, mitä seuraavaksi saattaa tulla. Hänen mieluisimmassa tilanteessaan hän haluaa kuvitella laajaa biopainatusteollisuutta, joka pystyy puristamaan suuria ja monimutkaisia elimiä, ilman mitä keho menettää, kuten maksa tai munuaiset. Teollisuus, joka voisi tehdä perinteisistä elinsiirroista - niiden pitkillä, usein kohtalokkaiden odotusaikojen ja jatkuvasti esiintyvän elimen hyljinnän riskillä - täysin vanhentuneita.
Se olisi täysi lääketieteellinen vallankumous. Se muuttaisi kaiken. Ja jos hän on oikeassa, Wake Forest sen nurisevilla bioprinsteillä ja lihavilla korvilla sekä monivärisillä suoneilla ja valtimoilla voi olla mistä kaikki alkaa.
Ajatus siitä, että rikki pala itsestämme voidaan korvata terveellä kappaleella tai jonkun muun kappaleella, ulottuu vuosisatojen taakse. Kirurgien suojeluspyhimysten Cosman ja Damianin väitettiin kiinnittäneen äskettäin kuolleen etiopialaisen maurin jalka valkoiseen roomalaiseen kolmannella vuosisadalla jKr., Aihe, jonka lukuisat renessanssitaiteilijat kuvaavat. 1900-luvulle mennessä lääketiede oli vihdoin alkanut tarttua mielikuvitukseen. Vuonna 1905 silmälääkäri Eduard Zirm leikkasi onnistuneesti sarveiskalvon loukkaantuneesta 11-vuotiaasta pojasta ja muutti sen 45-vuotiaan tšekkiläisen maatilan työntekijän ruumiiin, jonka silmät olivat vaurioituneet kalkuttaessa. Vuosikymmentä myöhemmin Sir Harold Gillies, jota joskus kutsutaan plastiikkakirurgian perustajaisäksi, suoritti ihonsiirtoja brittiläisille sotilaille ensimmäisen maailmansodan aikana.
Mutta ensimmäisen onnistuneen tärkeän elimen - ihmistoiminnalle elintärkeän elimen - siirrä tapahtui vasta vuonna 1954, kun Massachusettsista peräisin oleva 23-vuotias Ronald Herrick lahjoitti yhden terveellisistä munuaisista kaksoisveljelleen Richardille. joka kärsi kroonisesta nefriitistä. Koska identtisillä Herrick-kaksosilla oli sama DNA, Joseph Peterray, Peter Bent Brighamin sairaalan (nykyisin tunnetaan nimellä Brigham and Women) kirurgi, oli vakuuttunut löytäneensä lopputuloksen elinten hyljinnän ongelman ratkaisemiseksi.
Omaelämäkerransa, sielun kirurgia, yhteydessä Murray muistutti voitonhetkestä. ”Leikkaussalissa oli kollektiivinen hush kun poistimme varovasti puristimet verisuonista, jotka oli äskettäin kiinnitetty luovuttajan munuaiseen. Kun verenvirtaus palautui, Richardin uusi munuainen alkoi houkuttua ja muuttua vaaleanpunaiseksi ”, hän kirjoitti. ”Ympärillä oli virne.” Herricksin avulla Murray oli osoittautunut olennaiseksi biologisen likinäköisyytemme kannalta, näkemykseksi, joka ohjaa niin paljon nykypäivän huipputeknisestä biotekniikasta: Ei voida korvata potilaan oman geneettisen materiaalin käyttöä.
Kun kirurginen tiede parani yhdessä immunosuppressiivisten hoitomuotojen kanssa, jotka antoivat potilaille mahdollisuuden hyväksyä vieraita elimiä, siitä, mikä kerran näytti kaikelta paitsi ulottuvilta, tuli todellisuutta. Ensimmäinen onnistunut haimansiirto suoritettiin vuonna 1966, ensimmäiset sydämen ja maksansiirrot vuonna 1967. Vuoteen 1984 mennessä kongressi oli hyväksynyt kansallisen elinsiirtolain, jolla luotiin kansallinen rekisteri elinten sovittamiseksi ja pyrittiin varmistamaan, että luovuttajaelimet jakautuvat oikeudenmukaisesti . Maan sairaaloissa lääkärit rikkoivat uutiset niin hellävaraisesti kuin pystyivät - tarjonta ei yksinkertaisesti täytä kysyntää, joudut luopumaan - ja monissa tapauksissa he tarkkailivat potilaita kuollessa odottaessaan nimensä valintaa luettelon kärjessä. Tämä perusongelma ei ole poistunut. Yhdysvaltain terveys- ja ihmispalveluministeriön mukaan 21 ihmistä kuolee päivittäin yksin tässä maassa odottaen elintä. ”Minulle kysyntä ei ollut abstrakti asia”, Atala kertoi minulle äskettäin. ”Se oli todella todellista, sydäntä särkevää ja ajautti minut. Se ajoi meitä kaikkia löytämään uusia korjauksia. ”
57-vuotias Atala on ohut ja hiukan olkapäät, ruskeat hiukset ja helppo affiliteetti - hän kehottaa kaikkia kutsumaan häntä Toniksi. Perussa syntynyt ja Floridassa kasvanut Atala ansaitsi MD-tutkinnon ja erikoistuneen urologiakoulutuksen Louisvillen yliopistossa. Vuonna 1990 hän sai kahden vuoden apurahan Harvard Medical Schoolin kanssa. (Tänään, Wake Forest, hän estää silti ainakin yhden päivän viikossa nähdäksemme potilaita.) Harvardissa hän liittyi uuteen nuorten tutkijoiden aaltoon, joka uskoi, että yksi ratkaisu elinluovuttajien pulaan saattaa olla laboratorion luominen, varaosien.
Heidän ensimmäisten suurten projektiensa joukossa oli yrittää kasvattaa ihmisen rakoa - suhteellisen iso elin, mutta ontto, melko yksinkertainen toiminnassaan. Hän ompeli neulalla ommellakseen biohajoavan telineen käsin. Myöhemmin hän otti uroteelisoluja potentiaalisen potilaan virtsarakosta ja virtsateistä ja kertoi ne laboratoriossa, sitten hän levitti solut rakenteeseen. "Se oli kuin kerroskakun leipominen", Atala kertoi minulle. ”Teimme sen kerros kerrallaan. Ja kun kaikki solut oli siemennetty, laitoimme sitten ne takaisin inkubaattoriin ja annimme sen kypsennä. ”Muutaman viikon kuluessa syntyi pieni valkoinen pallo, joka ei ollut niin erilainen kuin tosiasiassa.
Vuodesta 1999 vuoteen 2001 koirien koesarjan jälkeen räätälöityjä rakot siirrettiin seitsemälle nuorelle potilaalle, jotka kärsivät spina bifidasta, heikentävästä häiriöstä, joka aiheutti heidän virtsarakonsa vajaatoiminnan. Vuonna 2006 Atala ilmoitti Lancetissa käytetyssä monipuolisessa lehdessä, että seitsemän vuoden ajan biologisesti suunnitellut rakot toimivat huomattavasti hyvin. Se oli ensimmäinen kerta, kun laboratoriossa kasvatettuja elimiä siirrettiin onnistuneesti ihmisille. "Tämä on yksi pieni askel kyvyssämme edetä vaurioituneiden kudosten ja elinten korvaamisessa", Atala sanoi tuolloin lehdistötiedotteessa kaikuen Neil Armstrongin sanat. Se oli edustava esimerkki yhdestä Atalan ensisijaisista lahjoista. Kuten Massachusettsin yleissairaalan regeneratiivisen lääketieteen keskuksen johtaja ja Harvardin kantasoluinstituutin johtaja David Scadden kertoi, Atala on aina ollut visionääri. Hän on aina ollut melko rohkea ja melko tehokas kykynsä kiinnittää huomiota tieteeseen. "
Rakot olivat tärkeä virstanpylväs, mutta ne eivät olleet potilaan kysynnän suhteen erityisen korkealla tasolla. Lisäksi monivaiheinen hyväksymisprosessi, jota Yhdysvaltain elintarvike- ja lääkevirasto vaatii tällaisille toimenpiteille, voi viedä aikaa. Nykyään Atala-suunnitellut rakot eivät ole vielä saaneet hyväksyntää laajaan käyttöön. "Kun ajattelet regeneratiivista lääketiedettä, sinun on ajateltava paitsi mitä on mahdollista myös mitä tarvitaan", Atala kertoi minulle. "Sinun on ajateltava:" Minulla on vain niin paljon aikaa, joten mikä tekee suurimman mahdollisen vaikutuksen eniten elämään? ""
Atala: lle vastaus oli yksinkertainen. Noin kahdeksan kymmenestä elinsiirtoluettelossa olevasta potilaasta tarvitsee munuaisen. Tuoreen arvion mukaan he odottavat luovuttajalta keskimäärin neljä ja puoli vuotta, usein vakavissa kipuissa. Jos Atala todella halusi ratkaista elinpulakriisin, sitä ei voitu kiertää: Hänen olisi pitänyt käsitellä munuaisia.
Kolmiulotteisesta tulostamisesta on 1980-luvun alkupuolelta lähtien, kun sitä pidettiin suurelta osin prototyyppien rakentamisen teollisena työkaluna, kasvanut miljardien dollarien teollisuudenala, jolla on jatkuvasti laajeneva potentiaalisten sovellusten valikoima suunnittelijakenkistä hammas kruunuihin kotitekoisiin muovipistooleihin. (Nykyään voit kävellä elektroniikkaliikkeestä ja ostaa kannettavan kolmiulotteisen tulostimen alle 500 dollarilla.) Ensimmäinen lääketieteellinen tutkija, joka teki harppauksen elävään aineeseen, oli Thomas Boland, joka samalla kun bioinsinöörin professori Clemsonin yliopistossa, Etelä-Carolina haki vuonna 2003 patenttia räätälöityyn mustesuihkutulostimeen, joka kykenee tulostamaan ihmisen solut geeliseoksessa. Pian Atalan kaltaiset tutkijat harkitsivat omia koneversioita.
Atalalle biojäljennöksen lupauksella oli kaikki tekemistä mittakaavan kanssa. Vaikka hän oli onnistuneesti kasvatanut elimen laboratoriossa ja siirtänyt sen ihmiselle, prosessi oli uskomattoman aikaa vievä, tarkkuutta puuttui, toistettavuus oli heikko ja inhimillisten virheiden mahdollisuus oli läsnä.
Wake Forestissa, jossa Atalasta tuli instituutin perustajajohtaja vuonna 2004, hän aloitti kokeilun ihon, luun, lihasten, rustojen ja vähiten munuaisten rakenteiden painostamisessa. Muutaman vuoden kuluessa hän oli riittävän varma etenemisestään osoittaakseen sen. Vuonna 2011 Atala piti TED-keskustelun bioteknisten elinten tulevaisuudesta, jota on sittemmin katsottu yli kaksi miljoonaa kertaa. Hänellä oli laskostettu khakis ja oikein raidallinen nappi-paita. Hän puhui "suuresta terveyskriisistä", jonka aiheutti elinpula, osittain pitkäaikaisen eliniän seurauksena. Hän kuvasi lääketieteellisiä haasteita, joita innovaatio ja kokenut laboratoriotyö olivat lyhyt valloittamassa: parhaiden rakennustelineissä käytettävien biomateriaalien suunnittelu, oppiminen, kuinka kasvattaa elinspesifisiä soluja ihmiskehon ulkopuolella ja pitää ne hengissä. (Jotkut solut, hän selitti, kuten haiman ja maksan solut, pysyivät itsepintaisesti vaikeina kasvaa.)
Ja hän puhui biopainatuksesta, osoittamalla videon muutamasta laboratoriossa työskentelevästä tulostimestaan ja paljastaen sitten lavalla takana olevan tulostimen, rakentaen kiireisesti vaaleanpunaista pallomaista kohdetta. Puheen loppuaan yksi hänen kollegoistaan ilmestyi suurella dekantterilasiin, joka oli täynnä vaaleanpunaista nestettä.
Kun väkijoukko istui hiljaisuudessa, Atala pääsi dekantterilasiin ja veti ulos sen, mikä näytti olevan limainen, ylisuuri papu. Esittämisen mestarillisessa näyttelyssä hän piti esinettä kupillisissa käsissään. "Voit todella nähdä munuaisen sellaisena kuin se oli painettu aiemmin tänään", hän sanoi. Yleisö hajosi spontaaniin suosionosoituksiin. Seuraavana päivänä lankapuhelinuutisjärjestö Agence France-Presse pilkkasi laajalti levitettyä artikkelia, jonka mukaan Atala oli tulostanut koneelle "todellisen munuaisen", joka "eliminoi luovuttajien tarpeen elinsiirtojen yhteydessä".
Tulevaisuus oli tulossa.
Ja sitten se ei ollut.
Itse asiassa se, mitä Atala oli pitänyt lavalla, ei ollut toimiva ihmisen munuainen. Se oli inertti, erittäin yksityiskohtainen malli, maku siitä, mitä hän toivoi ja ajatteli, että biopainatus tuo jonakin päivänä. Jos tarkkailit esitystä tarkkaan, voit nähdä, että Atala ei koskaan luvannut pitävänsä toimivaa urkua. Silti kriitikot puhalsivat siitä, mitä he pitivät erikoistehosteiden korkeatasoisena harjoituksena.
Viime vuonna Jennifer Lewis, Harvardin materiaalitieteilijä ja johtava tutkija biojäljennöstä (hänen erikoisuutensa on verisuonittuneiden kudosten suunnittelu) näytti kritisoivan Apalaa New Yorkerin haastattelussa. "Minusta se oli harhaanjohtavaa", hän sanoi viitaten TED-keskusteluun. "Emme halua antaa ihmisille vääriä odotuksia, ja se antaa kentälle huonon nimen."
TED-keskustelun jälkeen Wake Forest julkaisi lehdistötiedotteen, jossa korostettiin, että biopainetun munuaisen saattaa tulla markkinoille kauan. Kun kysyin Atalaltä, onko hän oppinut mitään kiistasta, hän kieltäytyi kommentoimasta sitä suoraan ja huomautti sen sijaan, miksi hän ei halua asettaa aikaleimaa mihinkään tiettyyn projektiin. "Emme halua antaa potilaille vääriä toiveita", hän kertoi minulle.
Pölynpoisto kuvaa hienosti yhtä keskeisistä haasteista, joihin tutkijat kohtaavat koko uudistavan lääketieteen alalla: Haluat kiinnostaa innostusta siitä, mikä on mahdollista, koska innostus voi kääntyä lehdistölle, rahoitukselle ja resursseille. Haluat inspiroida ympärilläsi olevia ihmisiä ja seuraavaa tutkijoiden sukupolvea. Mutta et halua vääristää sitä, mikä on realistisesti ulottuvilla.
Ja kun kyse on isoista, monimutkaisista elimistä, kentällä on vielä tie edetä. Istu kynällä ja paperilla ja tuskin pystyit unelmoimaan jotain arkkitehtonisesti tai toiminnallisesti monimutkaisempaa kuin ihmisen munuainen. Nyrkkikokoisen elimen sisustus muodostuu kiinteistä kudoksista, joita kulkee monimutkainen valtasuuntainen verisuoni, jonka halkaisija on vain 0, 010 millimetriä, ja noin miljoonasta pienestä nephroneiksi kutsutusta suodattimesta, jotka lähettävät terveellisiä nesteitä takaisin verenkiertoon ja jäte virtsaan virtsarakkoon. Munuaisen bioprosessoimiseksi sinun on voitava viljellä ja tuoda mukana toimivien munuaissolujen ja nefronien ohella sinun on myös oltava perehtynyt kuinka elin täyttää verisuonella pitää elin ruokittuina veressä ja ravinteilla. se tarvitsee. Ja joudut rakentamaan sen kaiken sisältäpäin.
Siksi monet tutkijat tutkivat vaihtoehtoja, jotka eivät sisällä näiden rakenteiden tulostamista tyhjästä, vaan yrittävät sen sijaan käyttää luonnon jo suunnittelemia. Texasin sydäninstituutissa Houstonissa instituutin uudistavan lääketieteen tutkimusohjelman johtaja Doris Taylor kokeilee dellularisoituja sian sydämiä - elimiä, joilta on poistettu lihakset ja kaikki muut elävät kudossolut kemiallisessa kylvyssä, jättäen vain taustalla oleva kollageenimatriisi. Hajautettu elin on vaalea ja aavemainen - se muistuttaa hehkua, joka on tyhjennetty liuoksesta, joka sai sen kerran hehkumaan. Mutta ratkaisevan tärkeää, prosessi jättää elimen sisäarkkitehtuurin ehjiksi, verisuoniksi ja kaikkiin.
Taylor toivoo käyttävänsä yhtenä päivänä ihmisen solujen kanssa uudelleen istutettuja, dellularisoituja siansydämiä siirrossa ihmispotilailla. Toistaiseksi hänen tiiminsä on injektoinut sydämiä elävinä naudan soluilla ja liittänyt ne lehmiin, missä he menestyvät ja pumppaavat verta lehmien alkuperäisen terveellisen sydämen rinnalla. Taylorille tämä lähestymistapa hameuttaa haasteita löytää tapoja tulostaa uskomattoman hienolla resoluutiolla, jota verisuoniverkot vaativat. "Tekniikan on parannettava paljon ennen kuin pystymme tutkimaan munuaisen tai sydämen, saamaan siihen verta ja pitämään sen hengissä", Taylor sanoo.
Wake-metsän tutkijat kokeilevat myös sekä eläin- että ihmislinjojen dellularisoituja elimiä. Tosiaankin, vaikka Atala pitää korvaavaa munuaista Pyhä Graalinaan, hän ei usko, että yhden rakentaminen olisi muuta kuin lisäprosessi, joka toteutetaan useista näkökulmista. Joten vaikka tutkijat instituutissa ja muualla pyrkivät parantamaan elimen ulkoisen rakenteen ja sisäisen arkkitehtuurin tulostamista, he kokeilevat myös erilaisia tapoja tulostaa ja kasvattaa verisuonia. Samanaikaisesti he hiovat tekniikoita elävien munuaissolujen viljelyyn, mikä on välttämätöntä, jotta se kaikki toimisi, mukaan lukien uusi projekti munuaissolujen lisäämiseksi, jotka on otettu potilaan terveen kudoksen biopsiasta.
Kun puhuimme, Atala korosti, että hänen tavoitteensa on saada toimiva, suunniteltu iso elin ihmiseen, joka sitä kipeästi tarvitsee, olipa kyseinen elin biologisesti tulostettu vai ei. "Minkä tahansa tekniikan avulla sinne pääseminen vaatii", hän sanoi.
Ja silti hän totesi nopeasti, että tapa, jolla sinne pääsee, ei ole merkityksetöntä: Viime kädessä haluat luoda perustan teollisuudelle, joka varmistaa, ettei kukaan - seuraavina vuosikymmeninä tai 2000-luvulla riippuen optimistitasosi - haluaa koskaan uudestaan hengenpelastavan elimen. Tätä varten et voi mennä siihen käsin.
"Tarvitset laitteen, joka pystyy luomaan uudelleen samantyyppisen urun kerta toisensa jälkeen", Atala kertoi minulle. "Aivan kuin se olisi koneellisesti valmistettu."
Eräänä iltapäivänä pysähdyin instituutin apulaisprofessorin John Jacksonin pöydälle. Jackson, 63, on kaupallinen kokeellinen hematologi. Hän tuli Wake Forestiin neljä vuotta sitten ja vertasi siirtymistä instituutiin seuraavan sukupolven tekniikallaan "takaisin kouluun uudestaan".
Jackson valvoo ihosolutulostimen kehittämistä, joka on suunniteltu tulostamaan joukko eläviä ihosoluja suoraan potilaalle. "Sano, että sinulla on ihovaurioita", Jackson ehdotti. ”Skannaat kyseisen haavan saadaksesi vian tarkan koon ja muodon, ja saat 3D-kuvan virheestä. Sitten voit tulostaa solut ”- jotka kasvatetaan hydrogeelissä -” täsmällisessä muodossa, jonka tarvitset sovittaaksesi haava. ”Tulostin voi tällä hetkellä laittaa kudokset kahteen ihon yläkerrokseen, riittävän syvälle käsiteltäväksi - ja parantaa - useimmat palovammat haavat. Loppuun mennessä laboratorio toivoo tulostavansa syvemmälle ihon pinnan alle ja monimutkaisempien ihokerrosten, mukaan lukien rasvakudoksen ja syvälle juurtuneiden hiusrakkuloiden, tulostamiseen.
Jackson arvioi kliinisten tutkimusten alkavan seuraavien viiden vuoden aikana odottaen FDA: n hyväksyntää. Sillä välin hänen tiiminsä oli kiireisesti testannut sikojen ihotulostinta. Hän rullaa suuren julisteen, joka oli jaettu paneeleihin. Ensimmäisessä oli yksityiskohtainen valokuva neliömäisestä haavasta, noin neljä tuumaa toisella puolella, jonka teknikot olivat leikannut sian selälle. (Siat oli asetettu yleisanestesiaan.) Samana päivänä tutkijat olivat painaneet solut suoraan haavaan, prosessi, joka kesti noin 30 minuuttia. Valokuvissa, jotka tulostetaan jälkipainolla, saatiin aikaan värien ja tekstuurien välinen ero: Alue oli harmaampi ja himmeämpi kuin luonnollinen sianliha. Mutta turhautumista ei ollut juurikaan, arpikudosta ei ollut nostettu tai reunattu, ja ajan myötä geeli sulautui enemmän tai vähemmän kokonaan ympäröivään ihoon.
Ihosolutulostin on yksi monista aktiivisista hankkeista instituutissa, joka saa rahoitusta Yhdysvaltain puolustusministeriöltä, mukaan lukien kudosten uudistamisaloitteet kasvojen ja sukupuolielinten vammoille, jotka molemmat ovat olleet endeemisiä viime sodassa loukkaantuvien amerikkalaisten sotilaiden keskuudessa. Viime vuonna Atalan johtamat tutkijat ilmoittivat potilaiden omia soluja käyttävien vaginoiden onnistuneesta istuttamisesta neljään teini-ikäiseen, jotka kärsivät harvinaisesta lisääntymishäiriöstä, nimeltään Mayer-Rokitansky-Küster-Hauser-oireyhtymä. Wake Forest testaa eläimillä myös laboratoriossa kasvatettuja ja dellularisoituja sieppauksia ja peräaukon sulkijalihaksia toivoen aloittavan ihmiskokeet seuraavan viiden vuoden aikana.
Perifeerinen, futuristi William Gibsonin uusi romaani, joka loi termin ”kyberavaruus” ja ennakoi suurimman osan digitaalisesta vallankumouksesta, tapahtuu aikana, jolloin ihmiset kykenevät ”muokkaamaan” - mahdollisesti kolmiulotteista tulostusta - mitä tahansa tarvitset. : huumeet, tietokoneet, vaatteet. Heitä rajoittaa vain mielikuvitus. Ja silti ravistuen Jacksonin julisteen päälle, huomasin ajattelevani, ettei edes Gibson ollut ennustanut tätä: elävää lihaa, pyydettäessä.
Kävelin Atalan toimistolle. Auringonvalo roiskui lattian yli ja pitkä kirjahylly, jossa oli valokuvia Atalan kahdesta nuoresta pojasta ja useita kopioita hänen oppikirjastaan, Regeneratiivisen lääketieteen periaatteet .
Hän oli ollut leikkaussalissa koko aamu (hän on myös lääketieteellisen koulun urologian puheenjohtaja) eikä odottanut suuntaa takaisin kotiin vasta myöhään illalla, mutta hän oli iloinen ja polttoi energiaa. Kysyin häneltä, harkitsiko hän koskaan luopumista käytännöstään ja keskittymistä yksinomaan tutkimukseen.
Hän pudisti päätään. "Päivän lopussa menin lääketieteeseen hoitamaan potilaita", hän sanoi. Rakastan sitä suhdetta perheiden ja potilaiden kanssa. Mutta yhtä tärkeätä, se pitää minut yhteyden tarpeisiin. Koska jos näen sen tarpeen ensin, voin laittaa kasvoja ongelmaan - tiedän, että jatkan sen käsittelyä ja yritän selvittää. ”
