Într-un laborator puternic luminat din Winston-Salem, Carolina de Nord, există o mașină care, în multe privințe, este similară cu o imprimantă desktop cu probleme standard. Are rezervoare și duze de cerneală, un ventilator intern pentru a-l menține răcoros și un set de mufe de intrare care pot fi utilizate pentru a-l conecta la un computer din apropiere. Este supus blocajului ocazional. Și totuși, dispozitivul din oțel și plastic de 800 de kilograme este spre deosebire de orice ați întâlnit, deoarece ceea ce tipărește este viu - milioane și milioane de celule umane vii, conținute într-un gel vâscos și țesute prin suporturi biodegradabile delicate într-un simulacru înfiorător de țesut uman.
Din această poveste
Regenerarea țesuturilor in situ: recrutare de celule gazdă și design biomaterial
A cumparaContinut Asemanator
- Salvarea feței: modul în care un chirurg pionier este împingerea limitelor transplanturilor faciale
A fost nevoie de un deceniu pentru ca numeroși oameni de știință și ingineri să construiască și să perfecționeze Sistemul Integrat de Tipărire și Organizare, sau ITOP. În cele din urmă, însă, este creierul unui singur bărbat: un doctor în vârstă de 59 de ani, pe nume Anthony Atala. Născut în Peru și crescut în afara orașului Miami, Atala - astăzi directorul Institutului Wake Forest pentru Medicină Regenerativă - a petrecut ultimul deceniu încercând să tipărească organe vii.
„Pentru mine, totul a început din Boston, la începutul anilor ’90”, își amintește chirurgul urologic și biotehnologul. „Pentru că atunci am fost într-adevăr față în față cu deficitul de organe de transplant.” La acea vreme, Atala lucra primul său concert de post-medicină, în calitate de coleg de cercetare la Harvard Medical School. În fiecare săptămână, în timpul turneelor de la Spitalul de Copii din Boston, întâlnea un alt pacient tânăr care petrecea luni sau chiar ani în așteptarea unui organ de înlocuire. Unii au murit înainte ca un rinichi sau ficat înlocuitor să poată fi găsit. Alții au avut răspunsuri imunologice severe la organele transplantate. Atala a crezut că soluția este clară, dacă este de ajuns: organele cultivate din laborator cultivate din celulele pacientului și implantate chirurgical în organism.
„S-a părut foarte științific-fictiv la vremea respectivă”, a amintit Atala, „dar am fost sigur că acesta va fi viitorul.” În 1999, într-un experiment de reper, Atala și o echipă de cercetători de la Laboratorul pentru Ingineria țesuturilor și terapia celulară la Spitalul de Copii a construit vezici de înlocuire pentru șapte copii cu o formă severă de spina bifida, o boală debilitantă care poate afecta tractul urinar și intestinele. Pentru a construi organele, cercetătorii au construit mai întâi schela sau fundațiile de colagen și polimer sintetic. Au luat probe de țesut de la pacienți și au cultivat celulele din țesutul respectiv în lichid. Apoi, au acoperit bazele cu celulele pacientului relevant - celule musculare la exterior și celule vezicale la interior - și au permis celulelor să „gătească” sau să crească pe schele.
La șapte ani după ce primele vezicii făcute la comandă au fost implantate la pacienți, Atala și Alan Retik, medic urolog la Spitalul de Copii, au anunțat că toți cei șapte pacienți sunt în stare bună de sănătate. A fost prima dată când organele cultivate în laborator au fost folosite cu succes ca înlocuitori pentru omologii lor biologice în stare de durere. Un ziar a salutat rezultatele drept „un Graal Sfânt al medicinei”.
Atala era mulțumit. Știa însă că construirea de organe de mână implică prea mult timp și eforturi pentru a răspunde cererii. Ceea ce era cu adevărat necesar era un pic de automatizare în stil Henry Ford. În 2004, Atala a fost de acord să lanseze o astfel de inițiativă la Wake Forest, care nu este departe de Triunghiul de Cercetare din Carolina de Nord, un hub pentru biotehnologie și baza de acasă pentru o mână de companii de tipărire 3-D.
Când puteți comanda online o nouă parte a corpului, veți avea acest medic să vă mulțumească.Dezvoltate inițial pentru fabricare, imprimantele 3-D au trecut la mijlocul anilor 2000 cu mult peste materiale plastice. Gândește-te la un material, și șansele sunt, cineva îl tipărea: nailon, oțel inoxidabil, ciocolată. „Am văzut o aliniere între instituție și stat pentru a se concentra cu adevărat pe biotehnologie”, spune Atala. „Știam că, dacă urma să împingem aceste tehnologii către pacienți, aveam nevoie de acea infrastructură și de sprijin.”
De-a lungul anilor, Atala și personalul său au reușit să dezvolte imprimante capabile să imprime schele personalizate ale organelor umane, care ar putea fi acoperite manual cu celule umane sau animale. Apoi au construit o imprimantă care putea imprima celulele pielii direct pe un pacient, deși în cantități extrem de mici. Dar imprimarea țesutului s-a dovedit a fi o provocare mare, în parte deoarece țesutul în expansiune necesită, de asemenea, un flux constant de sânge și nutrienți. Aceștia ar putea tipări celulele pentru un organ sau ar putea tipări vasele de sânge și alte țesuturi de susținere, dar nu au reușit să imprime ambele în același timp, astfel încât organul să supraviețuiască.
Apoi a venit ITOP-ul, cu tehnologiile sale avansate esențiale. Rezervoarele unice mențin celulele umane și animale vii mai mult decât modelele de imprimantă anterioare; și ace, sau jeturi extrem de precise, tipăresc o rețea de „microcanale”, care măsoară 200 microni fiecare, în biomaterial. Aceste vase permit nutrienților să curgă prin țesut. Într-o lucrare publicată la începutul acestui an în Nature Biotechnology, Atala și cinci cercetători din Wake Forest au dezvăluit că cartilajul, osul și țesutul muscular imprimat pe ITOP au fost implantate cu succes în rozătoare și că, două luni mai târziu, țesutul dezvoltase un sistem de sânge. vase și nervi. Probabil că testele la pacienții umani vor urma în anul următor, în așteptarea aprobării guvernului.
Nu este nevoie de un futurist angajat pentru a înțelege implicațiile. Dacă și când o mașină precum ITOP intră în producție comercială, ar putea fi posibil ca într-o zi să „comandați” o bucată de piele de înlocuire. Pe măsură ce utilajele se îmbunătățesc, acestea ar putea evolua de la imprimarea pielii la imprimarea unor organe extrem de complexe, cum ar fi rinichii. Spitalele din întreaga lume ar fi dotate cu descendenții ITOP. Lipsa de organe ar fi un lucru din trecut.
Acesta este visul care l-a adus pe Atala la biotehnologie și continuă să-l continue. Dar Atala sfătuiește răbdarea: Testele de material bioprintat pe oameni ar putea dura ani. Între timp, și-a menținut practica de urologie și încă mai vede numeroși pacienți pe săptămână, pe lângă amprentele din sala de operație. „Pentru mine este important”, spune el, „pentru că este o amintire pentru cine slujești - pentru cine faci asta. Scopul acestei tehnologii este de a îmbunătăți viața pacienților. Punct."
Abonați-vă la revista Smithsonian acum pentru doar 12 dolari
Acest articol este o selecție din numărul din decembrie al revistei Smithsonian
A cumpara
