Perlu Organ Baru? Pakar Bedah Anthony Atala Melihat Masa Depan Di mana Anda Boleh Cukup Cetak

Di makmal kasar di Winston-Salem, North Carolina, terdapat mesin yang, dalam banyak cara, serupa dengan pencetak desktop masalah standard. Ia mempunyai takungan takungan dan muncung, peminat dalaman untuk memastikan ia sejuk, dan satu set bicu input yang boleh digunakan untuk menyambungkannya ke komputer berdekatan. Ia tertakluk kepada jem sesekali. Walau bagaimanapun, keluli dan plastik plastik 800 paun adalah tidak seperti apa yang pernah anda jumpai, kerana apa yang ia cetak masih hidup - berjuta-juta dan berjuta-juta sel manusia yang hidup, terkandung dalam gel kental dan ditenun melalui sokongan biodegradable yang halus dalam simulakrum yang gemetar tisu manusia.

Dari Kisah Ini

Di Situ Tissue Regeneration: Host Cell Recruitment dan Design Biomaterial

Kandungan Terkait

• Menjimatkan Wajah: Bagaimana Satu Pakar Bedah Perintis Menolak Had Transplantasi Wajah

Ia mengambil masa sedekad untuk banyak ahli sains dan jurutera untuk membina dan menyempurnakan Sistem Percetakan Tisu dan Organ Bersepadu, atau ITOP. Pada akhirnya, ia adalah gagasan seorang lelaki tunggal: seorang doktor berusia 59 tahun yang bernama Anthony Atala. Dilahirkan di Peru, dan dibesarkan di luar Miami, Atala-hari ini pengarah Wake Forest Institute untuk Perubatan Regeneratif-telah menghabiskan dekad yang lalu cuba mencetak organ hidup.

"Bagi saya, semuanya bermula di Boston, pada awal tahun 1990-an, " kata pakar bedah urologi dan bioteknologi. "Kerana itulah ketika saya benar-benar berhadapan dengan kekurangan organ transplantasi." Pada masa itu, Atala sedang mengerjakan pertunjukan sekolah pasca kedokteran pertamanya, sebagai rakan penyelidikan di Sekolah Perubatan Harvard. Setiap minggu, semasa pusingan beliau di Hospital Kanak-kanak Boston, dia bertemu dengan pesakit muda yang telah menghabiskan beberapa bulan atau bahkan bertahun-tahun menunggu organ pengganti. Ada yang meninggal sebelum buah pinggang atau hati pengganti dapat ditemui. Lain-lain mempunyai tindak balas imunologi teruk kepada organ-organ yang dipindahkan. Atala percaya bahawa penyelesaiannya adalah jelas, jika jauhnya: organ-organ lab-lab yang ditanam dari sel-sel sendiri pesakit dan dibedah secara surgikal ke dalam badan.

Pada tahun 1999, dalam satu eksperimen penting, Atala dan sekumpulan penyelidik di Laboratorium Kejuruteraan Tisu dan Terapi Selulosa di Hospital Kanak-kanak membina buli penggantian untuk tujuh kanak-kanak dengan bentuk spina bifida yang teruk, penyakit melemahkan yang boleh menjejaskan saluran kencing dan usus. Untuk membina organ-organ, para penyelidik pertama yang membina perancah, atau asas-asas, kolagen dan polimer sintetik. Mereka mengambil sampel tisu dari pesakit dan membiak sel-sel dari tisu tersebut dalam cecair. Kemudian mereka menyusun asas dengan sel sel-sel otot pesakit yang relevan pada sel-sel luar dan kandung kemih di bahagian dalam-dan membolehkan sel-sel untuk "memasak, " atau tumbuh, pada perancah.

Tujuh tahun selepas pundi kencing yang dibuat secara khusus ditanamkan kepada pesakit, Atala dan Alan Retik, ahli urologi di Hospital Kanak-kanak, mengumumkan bahawa semua tujuh pesakit berada dalam keadaan baik. Ini adalah kali pertama organ-organ yang ditanam lab telah berjaya digunakan sebagai pengganti untuk rakan-rakan biologi mereka yang sakit. Satu akhbar memuji hasilnya sebagai "Holy Grail of medicine."

Atala gembira. Tetapi dia tahu bahawa membina organ dengan tangan melibatkan terlalu banyak masa dan usaha untuk memenuhi permintaan. Yang benar-benar diperlukan ialah sedikit automasi gaya Henry Ford. Pada tahun 2004, Atala bersetuju untuk menerajui inisiatif sedemikian di Wake Forest, yang tidak jauh dari Triangle Research North Carolina, sebuah hab bioteknologi dan asas rumah untuk segelintir syarikat percetakan 3-D.

Mula-mula dibangunkan untuk pembuatan, pencetak 3-D telah pada pertengahan 2000-an bergerak jauh melampaui plastik. Fikirkan bahan, dan peluangnya, seseorang mencetaknya: nilon, keluli tahan karat, coklat. "Saya nampak penjajaran di antara institusi dan negara untuk memberi tumpuan kepada bioteknologi, " kata Atala. "Saya tahu bahawa jika kita akan mendorong teknologi ini kepada pesakit, kita memerlukan infrastruktur dan sokongan yang ada."

Selama bertahun-tahun, Atala dan kakitangannya dapat mengembangkan pencetak yang mampu mencetak perancah organ-organ manusia yang disesuaikan, yang boleh diselaraskan secara manual dengan sel manusia atau haiwan. Kemudian mereka membina pencetak yang boleh mencetak sel kulit secara langsung ke pesakit, walaupun dalam jumlah yang sangat kecil. Tetapi percetakan tisu ternyata menjadi cabaran besar, sebahagiannya kerana tisu yang berkembang juga memerlukan aliran darah dan nutrien yang mantap. Mereka boleh mencetak sel-sel untuk organ, atau mereka boleh mencetak saluran darah dan tisu sokongan yang lain, tetapi mereka tidak boleh mencetak kedua-duanya pada masa yang sama dengan cara organ itu akan bertahan.

Kemudian datang ITOP, dengan teknologi terobosan pentingnya. Takungan unik menyimpan sel manusia dan haiwan hidup lebih lama daripada model pencetak terdahulu; dan jarum yang sangat tepat, atau jet, mencetak kerja latticework "microchannels, " mengukur 200 mikron setiap satu, ke dalam biomaterial. Kapal ini membolehkan nutrien mengalir melalui tisu. Dalam makalah yang diterbitkan awal tahun ini di Bioteknologi Alam, Atala dan lima penyelidik Wake Forest mendedahkan bahawa tisu tulang rawan, tulang dan otot yang dicetak pada ITOP telah berjaya diimplan pada tikus dan bahawa, dua bulan kemudian, tisu telah membangunkan sistem darah kapal dan saraf. Ujian pada pesakit manusia mungkin akan berlaku pada tahun depan atau lebih, sementara menunggu kelulusan kerajaan.

Ia tidak mengambil futurist yang komited untuk memahami implikasi tersebut. Sekiranya dan ketika mesin seperti ITOP tidak masuk ke dalam pengeluaran komersial, mungkin suatu hari mungkin untuk "memesan" sekeping kulit penggantian. Apabila mesin bertambah baik, mereka mungkin berubah dari percetakan kulit untuk mencetak organ yang sangat kompleks seperti buah pinggang. Hospital di seluruh dunia akan dilengkapi dengan keturunan ITOP. Kekurangan organ akan menjadi perkara masa lalu.

Itulah impian yang membawa Atala kepada bioteknologi, dan ia terus membuatnya terus. Tetapi Atala menasihati kesabaran: Ujian bahan bioprint pada manusia dapat bertahun-tahun. Pada masa yang sama, beliau telah mengekalkan amalan urologinya, dan masih melihat banyak pesakit seminggu, selain daripada stint dalam teater operasi. "Itu penting untuk saya, " katanya, "kerana ia merupakan peringatan tentang siapa yang anda sedang berkhidmat-siapa yang anda buat ini. Tujuan teknologi ini adalah untuk menjadikan kehidupan pesakit lebih baik. Noktah."

Langgan majalah Smithsonian sekarang hanya $ 12

Artikel ini adalah pilihan dari terbitan Disember majalah Smithsonian