Põhja-Carolinas Winston-Salemis asuvas karmilt valgustatud laboris istub masin, mis sarnaneb paljuski tavalise väljaandega lauaarvuti printeriga. Sellel on tindimahutid ja pihustid, sisemine ventilaator selle jahutamiseks ja komplekt sisendpistikuid, mida saab kasutada selle ühendamiseks lähedal asuva arvutiga. Seda võib aeg-ajalt moosida. Ja ometi pole 800- naeline teras- ja plastiseade erinevalt kõigest, mida olete kunagi kohanud, sest see, mida see prindib, on elus - miljonid ja miljonid elusad inimrakud, mis sisalduvad viskoosses geelis ja kootud õrnade biolagunevate tugede kaudu värisevas simulaakrumis inimese kude.
Sellest loost
Kudede taastamine olukorras: peremeesrakkude värbamine ja biomaterjalide kujundamine
OstaSeotud sisu
- Näo säästmine: kuidas üks teedrajav kirurg surub näo siirdamise piire
Integreeritud kudede ja organite trükkimissüsteemi ehk ITOPi ehitamine ja täiustamine võttis paljudel teadlastel ja inseneridel kümmekond aastat. Lõppkokkuvõttes on see siiski ühe mehe vaimusünnitus: varjatud juustega 59-aastane arst nimega Anthony Atala. Peruus sündinud ja väljaspool Miami kasvanud Atala - täna Wake Forest'i regeneratiivmeditsiini instituudi direktor - on veetnud viimase kümnendi elusorganite trükkimisel.
“Minu jaoks sai see kõik alguse 1990. aastate alguses Bostonis, ” meenutab uroloog kirurg ja biotehnoloog. „Sest just siis sattusin siirdatud organite puudusega silmitsi näost.“ Atala töötas sel ajal Harvardi Meditsiinikooli teadurina oma esimese meditsiinijärgse kooli kontserdil. Igal nädalal kohtus Bostoni lastehaiglas oma ringide ajal teise noore patsiendiga, kes oli veetnud kuud või isegi aastaid asendusorgani ootamas. Mõni suri enne asendusneeru või maksa leidmist. Teistel oli siirdatud organite suhtes raske immunoloogiline vastus. Atala uskus, et lahendus on selge, kui seda kaugele tuua: laboris kasvatatud elundid kasvatati patsiendi enda rakkudest ja implanteeriti kehasse kirurgiliselt.
"See kõlas omal ajal väga ulmeliselt, " meenutas Atala, "kuid ma olin kindel, et see on tulevik." Atala ja Aude koos koertehnika ja rakuteraapia laboratooriumi teadlaste meeskonnaga tegid 1999. aastal ühes maamärkides tehtud eksperimendi. Lastehaiglas ehitasid seitsmele lapsele spina bifida raskekujulise vormi, mis on kurnav haigus, mis võib mõjutada kuseteede ja soolestikku, asenduspõie. Elundite konstrueerimiseks ehitasid teadlased kõigepealt käsitsi tellinguid või vundamente kollageenist ja sünteetilisest polümeerist. Nad võtsid patsientidelt koeproove ja kultiveerisid selle koega rakke vedelas olekus. Siis katsid nad vundamendid vastava patsiendi rakkudega - lihasrakud väljastpoolt ja põierakud seestpoolt - ning lasid rakkudel tellingutel keetda või kasvada.
Seitse aastat pärast seda, kui esimesele eritellimusel valmistatud põis siirdati patsientidele, teatasid lastehaigla uroloog Atala ja Alan Retik, et kõigil seitsmel patsiendil on hea tervis. See oli esimene kord, kui laboris kasvatatud organeid kasutati edukalt nende vaevlevate bioloogiliste kolleegide asendajana. Üks ajaleht tervitas tulemusi kui "Püha Püha Graali ravimit".
Atala oli rahul. Kuid ta teadis, et orelite käsitsi ehitamine nõuab nõudmise rahuldamiseks liiga palju aega ja vaeva. Mida oli tõesti vaja, oli natuke Henry Fordi stiilis automaatikat. 2004. aastal nõustus Atala juhtima sellist algatust Wake Forestis, mis pole kaugel Põhja-Carolina uurimiskolmnurgast - biotehnoloogia sõlmpunkt ja kodukoht käputäiele 3-D-printimisettevõttele.
Kui saate veebist uue kehaosa tellida, peate seda arsti tänama.Algselt tootmiseks välja töötatud 3D-printerid olid 2000. aastate keskpaigaks plastikust kaugemale jõudnud. Mõelge materjalile ja on tõenäoline, et keegi prindib seda: nailon, roostevaba teras, šokolaad. "Nägin, kuidas asutuse ja riigi vahel on lähenemine, et keskenduda tõesti biotehnoloogiale, " räägib Atala. "Ma teadsin, et kui me hakkame neid tehnoloogiaid patsientidele edasi viima, on meil vaja seda infrastruktuuri ja tuge."
Aastate jooksul on Atala ja tema töötajad suutnud välja töötada printerid, mis suudaksid printida inimese organite kohandatud tellinguid, mida saab käsitsi katta inimese või looma rakkudega. Siis konstrueerisid nad printeri, mis suudaks naharakud otse patsiendile printida, ehkki äärmiselt väikestes kogustes. Kuid kudede trükkimine osutus suureks väljakutseks, osaliselt seetõttu, et laienev kude nõuab ühtlast vere ja toitainete voogu. Nad võivad printida rakke elundi jaoks või printida veresooni ja muud toetavat kude, kuid nad ei saanud hakkama mõlemat korraga printimisega nii, et elund jääks ellu.
Siis tuli ITOP koos oluliste läbimurdetehnoloogiatega. Ainulaadsed reservuaarid hoiavad inim- ja loomarakke kauem elus kui varasemad printerimudelid; ja eriti täpsed nõelad või düüsid prindivad biomaterjali mikrokanalite võre, mille igaüht on 200 mikronit. Need anumad võimaldavad toitainetel voolata läbi koe. Selle aasta alguses ajakirjas Nature Biotechnology avaldatud artiklis avastasid Atala ja viis Wake Forest'i teadlast, et ITOP-le trükitud kõhred, luud ja lihased olid närilistele edukalt siirdatud ja kaks kuud hiljem oli koes välja töötatud veresüsteem. anumad ja närvid. Inimpatsientide testid järgnevad tõenäoliselt umbes järgmise aasta jooksul kuni valitsuse heakskiiduni.
Mõjude mõistmiseks pole vaja pühendunud futuristi. Kui ja millal selline masin nagu ITOP läheb kommertstootmisse, võib ühel päeval olla võimalik tellida mõni asendusnahk. Masinate täiustamisel võivad need muutuda naha trükkimisest äärmiselt keerukate elundite nagu neerude printimiseks. Kogu maailma haiglad oleksid varustatud ITOP järeltulijatega. Orelipuudus oleks minevik.
See on unistus, mis viis Atala biotehnoloogiasse ja see hoiab teda edasi. Kuid Atala soovitab kannatlikkust: Inimestele mõeldud bioprinditud materjali katsed võivad võtta aastaid. Vahepeal on ta hoidnud oma uroloogiapraktikat ja näeb lisaks operatsioonisaalis ka näpunäiteid nädalas arvukalt patsiente. "See on minu jaoks oluline, " ütleb ta, "kuna see on meeldetuletus sellest, keda te teenite - kelle jaoks te seda teete. Selle tehnoloogia eesmärk on muuta patsientide elu paremaks. Täielik peatus. ”
Telli Smithsoniani ajakiri nüüd kõigest 12 dollariga
See artikkel on valik Smithsoniani ajakirja detsembrinumbrist
Osta
