U oštro osvijetljenoj laboratoriji u Winston-Salemu, u Sjevernoj Karolini, sjedi stroj koji je po mnogo čemu sličan stolnom pisaču standardnog izdanja. Ima rezervoare s tintom i mlaznice, unutarnji ventilator za hlađenje i skup ulaznih priključaka koji se mogu koristiti za povezivanje s računalom u blizini. Podložna je povremenom pekmezu. A ipak, uređaj od čelika i plastike od 800 kilograma nije za razliku od svega što ste ikada susreli, jer ono što ispisuje je živo - milijuni i milijuni živih ljudskih stanica, sadržani u viskoznom gelu i tkani kroz osjetljive biorazgradive potpornje u drhtavom simulakrumu ljudsko tkivo.
Iz ove priče
U Situ regeneraciji tkiva: Regrutovanje stanica domaćina i dizajn biomaterijala
KupitiPovezani sadržaj
- Spremanje lica: kako jedan pionirski kirurg gura granice transplantacije lica
Prošlo je desetljeće da su brojni znanstvenici i inženjeri izgradili i doradili integrirani sustav tiska na tkivo i organ ili ITOP. U konačnici, to je zamišljanje jednog čovjeka: liječnika 59-godišnjeg liječnika po imenu Anthony Atala. Rođen u Peruu i odrastao izvan Miamija, Atala - danas direktor Instituta za regenerativnu medicinu Wake Forest - proveo je proteklo desetljeće pokušavajući ispisati žive organe.
„Za mene je sve počelo još u Bostonu, početkom devedesetih“, sjeća se urološki kirurg i biotehnolog. „Jer tada sam se stvarno suočio sa nedostatkom organa za transplantaciju.“ U to vrijeme Atala je radio svoj prvi koncert u medicini, kao znanstveni novak na Harvard Medical School. Svakog tjedna tijekom boravka u dječjoj bolnici u Bostonu susretao se s drugim mladim pacijentom koji je mjesecima ili čak godinama proveo čekajući zamjenski organ. Neki su umrli prije nego što su mogli pronaći zamjenski bubreg ili jetru. Drugi su imali teške imunološke reakcije na presađene organe. Atala je vjerovao da je rješenje bilo jasno, ako nije bilo smisleno: laboratorijski uzgojeni organi uzgajali su se iz pacijentovih vlastitih stanica i kirurški ugrađivali u tijelo.
„To je tada zvučalo vrlo znanstveno fantastično“, podsjetio je Atala, „ali bio sam siguran da je to budućnost.“ 1999. godine, u znakovitom eksperimentu, Atala i tim istraživača iz Laboratorija za tkivno inženjerstvo i staničnu terapiju u Dječjoj bolnici izgradili su zamjenske mjehure za sedmoro djece s teškim oblikom spina bifida, oslabljujućom bolešću koja može utjecati na mokraćovod i crijeva. Da bi izgradili organe, istraživači su prvo napravili skele ili temelje kolagena i sintetskog polimera. Uzeli su uzorke tkiva od pacijenata i kulture iz tog tkiva uzgajali u tekućini. Zatim su premazali temelje sa stanicama odgovarajućeg pacijenta - mišićnim stanicama s vanjske strane i stanicama mokraćnog mjehura s unutarnje strane - i pustili su da na skelama "kuhaju" ili rastu.
Sedam godina nakon što su prvi prilagođeni mjehur ugrađeni pacijentima, Atala i Alan Retik, urolog u Dječjoj bolnici, objavili su da je svih sedam pacijenata dobrog zdravlja. To je bio prvi put da su se laboratorijski uzgajani organi uspješno koristili kao zamjena za njihove bolesne biološke kolege. Jedna je novina ocijenila rezultate kao "lijek gral lijeka".
Atala je bio zadovoljan. Ali znao je da ručna izrada organa uključuje previše vremena i napora kako bi se zadovoljila potražnja. Ono što je stvarno trebalo bilo je malo automatizacije u stilu Henryja Forda. Godine 2004. Atala je pristao pokrenuti takvu inicijativu u Wake Forestu, koji je nedaleko od istraživačkog trokuta Sjeverne Karoline, biotehničkog centra i matične baze za nekolicinu tvrtki koje se bave 3D tiskanjem.
Kada možete naručiti novi dio tijela online, ovom liječniku trebate zahvaliti.Izvorno razvijeni za proizvodnju, trodimenzionalni printer je sredinom 2000-ih bio daleko izvan plastike. Zamislite materijal, a izgledno je da ga je netko tiskao: najlon, nehrđajući čelik, čokolada. "Vidio sam usklađivanje između institucije i države kako bi se stvarno usredotočio na biotehnologiju", kaže Atala. "Znao sam da će nam, ako ćemo ove tehnologije pritisnuti pacijentima, potrebna ta infrastruktura i podrška."
Tijekom godina, Atala i njegovo osoblje uspjeli su razviti pisače sposobne tiskati prilagođene skele ljudskih organa, koje bi se mogle ručno premazati ljudskim ili životinjskim stanicama. Tada su konstruirali pisač koji je mogao ispisati stanice kože izravno na pacijenta, iako u vrlo malim količinama. No ispisivanje tkiva pokazalo se velikim izazovom, dijelom i zbog toga što tkivo u širenju također zahtijeva stalan protok krvi i hranjivih sastojaka. Mogli su ispisati stanice za neki organ ili su mogli tiskati krvne žile i drugo potporno tkivo, ali nisu mogli istovremeno otisnuti obje na način da bi organ preživio.
Zatim je došao ITOP, sa svojim bitnim probojnim tehnologijama. Jedinstveni rezervoari održavaju živote ljudskih i životinjskih vrsta duže od ranijih modela pisača; i krajnje precizne igle ili mlazovi ispisuju rešetku „mikrokanala“, veličine svaki 200 mikrona, u biomaterijal. Te posude omogućuju da hranjive tvari prelaze kroz tkivo. U radu objavljenom početkom ove godine u časopisu Nature Biotechnology, Atala i pet istraživača Wake Forest otkrili su da su hrskavice, kosti i mišićno tkivo otisnute na ITOP-u uspješno ugrađeni kod glodavaca i da je, nakon dva mjeseca, tkivo razvilo sustav krvi žile i živci. Testovi na ljudskim pacijentima vjerojatno će uslijediti u sljedećoj godini ili slično, do odobrenja vlade.
Nije potreban predan futurist da bi shvatio posljedice. Ako i kad stroj poput ITOP-a uđe u komercijalnu proizvodnju, jednog dana može biti moguće naručiti komad zamjenske kože. Kako se strojevi poboljšavaju, mogli bi se razviti od tiskanja kože do ispisa izuzetno složenih organa poput bubrega. Bolnice širom svijeta bile bi opremljene potomcima ITOP-a. Manjak organa bio bi prošlost.
To je san koji je Atala doveo do biotehnologije i nastavlja ga dalje. Ali Atala savjetuje strpljenje: Ispitivanja materijala na kojem je bio otisnut na ljudima mogla bi potrajati godinama. U međuvremenu je održavao svoju urološku praksu i još uvijek vidi brojne pacijente tjedno, osim bolova u operacijskom kinu. "To je meni važno", kaže, "jer je podsjetnik kome služite - kome to radite. Cilj ove tehnologije je poboljšati život pacijenata. Točka."
Pretplatite se na časopis Smithsonian već sada za samo 12 dolara
Ovaj je članak izbor iz prosinačkog broja časopisa Smithsonian
Kupiti