Антъни Атала за отглеждането на нови органи

Това всъщност е една картина, закачена в библиотеката "Каунтуей" в Медицинската школа в Харвард. Тя показва първия път, когато е бил трансплантиран орган. Отпред виждате Джо Мъри да подготвя пациента за трансплантацията, а в задната стая виждате Хартуел Харисън, шефът на урологията в Харвард, всъщност да изважда бъбрека. Бъбрекът наистина е бил първият орган, трансплантиран някога на човек.

Това е било през 1954-та. Преди 55 години още са се занимавали с много от същите предизвикателства, както и преди много десетилетия. Със сигурност, голям напредък, много спасени животи. Но имаме огромен недостиг на органи. През последното десетилетие броят пациенти, чакащи за трансплантация, се е удвоил. Докато в същото време броят на трансплантациите е останал почти изцяло непроменен. Това всъщност е свързано със застаряващото ни население. Просто остаряваме. Медицината върши по-добра работа в това да ни опазва живи. Но с остаряването ни органите ни са по-склонни да отказат.

Това е предизвикателство - не само за органите, но също и за тъканите. Опити да се замести панкреас, опити да се заместят нерви, които могат да ни помогнат при Паркинсон. Това са сериозни проблеми. Това всъщност е силно смайваща статистика. На всеки 30 секунди по един пациент умира от болести, които могат да се лекуват с регенериране или заместване на тъкан. А какво можем да направим по въпроса? Тази вечер говорихме за стволови клетки. Това е един начин да се направи. Но все пак има начини да се поставят стволови клетки в пациенти, с оглед на актуални терапии за органи.

Не би ли било прекрасно, ако телата ни можеха да регенерират? Нямаше ли да е прекрасно, ако всъщност можехме да впрегнем мощта на телата си, за да се лекуваме сами? Всъщност, това не е чак толкова чужда идея; случва се на Земята всеки ден. Това е снимка на саламандър. Саламандрите имат изумителна способност да регенерират. Тук виждате едно малко видео. Това е нараняване на крайник при този саламандър. А това е истинска снимка - нагласена по време фотография, показваща как този крайник регенерира за период от дни. Виждате формата на белега. От този белег всъщност израства нов крайник.

Значи, саламандрите могат да го правят. А защо ние не можем? Защо хората не могат да регенерират? Всъщност, можем да регенерираме. Тялото ни има много органи и всеки един орган във вашето тяло има популация от клетки, готова да поеме ръководството при нараняване. Случва се всеки ден. С възрастта, докато остарявате. Костите ви регенерират на всеки 10 години. Кожата ви регенерира на всеки две седмици. Значи, тялото ви постоянно регенерира. Предизвикаелството се появява, когато има нараняване. В момент на нараняване или болест, първата реакция на тялото е да се запечата отделно от останалата част от тялото. По същество това означава да се бори с инфекцията и да се запечата - независимо дали става дума за органи вътре в тялото ви, или за кожата ви, първата реакция е настъпване на белегова тъкан, за да се запечата отвън.

А как можем да впрегнем тази мощ? Един от начините да го направим всъщност е чрез употреба на умни биоматериали. Как действа това? Е, тук от лявата страна виждате уретра, която е била наранена. Това е каналът, който свързва пикочния мехур с външната страна на тялото. Виждате, че е наранен. По същество открихме, че могат да се използват умни биоматериали, които всъщност могат да се използват като мост. Ако построиш този мост и затвориш откъм външната среда, тогава може да се създаде този мост и клетките, които регенерират в тялото ти, тогава могат да минат по този мост и да поемат по тази пътека.

Точно това виждате тук. Това всъщност е един умен биоматериал, който използвахме за лечение на този пациент. Това от лявата страна беше наранена уретра. Използвахме този биоматериал в средата. А после, шест месеца по-късно - от дясната страна виждате тази препроектирана уретра. Оказва се, че тялото ни може да регенерира, но само на малки разстояния. Максималното ефикасно разстояние за регенерация е само около един сантиметър. Значи можем да използваме тези умни биоматериали, но само за около един сантиметър, за да прехвърлим мост през тези процепи.

Наистина регенерираме, но на ограничени разстояния. Какво правим сега, ако има нараняване на по-големи органи? Какво да правим, когато имаме наранявания на структури, които са много по-големи от един сантиметър? Тогава можем да започнем да използваме клетки. Стратегията тук е, че ако един пациент дойде при нас с болен или наранен орган, може да вземеш едно много малко парченце тъкан от този орган, с размер, по-малък от половин пощенска марка, после може да разнищиш тази тъкан и да разгледаш основните й компоненти, собствените клетки на пациента, изваждаш тези клетки, оглеждаш и разширяваш тези клетки извън тялото в големи количества, а после използваме материали за скеле.

За невъоръженото око те изглеждат като парче от блузата ви или ризата ви, но всъщност тези материали са доста сложни и са проектирани да се разпадат, щом са вътре в тялото. Разпада се някоко месеца по-късно. Служи само като средство за доставка на клетки. Внася клетките вътре в тялото. Позволява на клетките да регенерират нова тъкан, а щом тъканта регенерира, скелето изчезва.

Това направихме за това парче мускул. Това всъщност показва парче мускул и как минаваме през структурите, за да проектираме мускула. Вземаме клетките, разширяваме ги, поставяме клетките върху скелето, а после поставяме скелето обратно в пациента. Но всъщност, преди да поставим скелето в пациента, всъщност го упражняваме. Искаме да се уверим, че този мускул е в кондиция, така че да знае какво да прави, щом го поставим в пациента. Това виждате тук. Виждате този мускулен биореактор всъщност да упражнява мускула назад и напред.

Добре. Тук виждаме плоски структури, мускула. Ами други структури? Това всъщност е проектиран кръвоносен съд. Много подобно на онова, което направихме току-що, но малко по-сложно. Тук вземаме скеле и по същество... скелето може да е като парче хартия тук. Тогава можем да тубуларизираме това скеле. За да направим кръвоносен съд, прилагаме същата стратегия. Един кръвоносен съд е съставен от два различни вида клетки. Вземаме мускулни клетки, поставяме или покриваме отвън с тези мускулни клетки, много подобно на печене на кекс на пластове, ако щете.

Мускулните клетки се поставят отвън. Васкуларните клетки за вътрешната част на кръвоносния съд се поставят отвътре. Сега имате напълно засято скеле. Това ще се постави в подобно на пещ устройство. Има същите условия като човешко тяло - 37 градуса температура, 95 процента кислород. После се упражнява, както видяхте на онзи запис.

А отдясно всъщност виждате каротидна артерия, която е проектирана. Това е артерията, която минава от врата до мозъка ви. А това е рентгенова снимка, показваща ви патентния, функционален кръвоносен съд. По-сложни структури като кръвоносни съдове, уретри, което ви показах, те определено са по-сложни, защото въвеждате два различни вида летки. Но те наистина действат най-вече като тръбопроводи. Разрешавате на течност или въздух да преминава в стабилни състояния. Те далеч не са така сложни като кухите органи. Кухите органи имат много по-висока степен на сложност, защото изискваш тези органи да действат по поръчка.

Пикочният мехур е един такъв орган. Същата стратегия - вземаме едно много малко парчеце от пикочния мехур, с размер, по-малък от половин пощенска марка. После разнищваме тъканта на двата й индивидуални клетъчни компонента - мускул и тези специализирани клетки за пикочен мехур. Отглеждаме клетките отвън тялото в големи количества Отнема около четири седмици да се отгледат тези клетки от органа. После вземаме скеле, което оформяме като пикочен мехур. Покриваме вътрешността с тези клетки за подплата на пикочен мехур. Покриваме отвън с тези мускулни клетки. Поставяме го обратно в онова подобно на пещ устройство. От момента на вземане на онова парченце тъкан, шест до осем седмици по-късно органът може да се поствави обратно в пациента.

Това всъщност показва скелето. Материалът се покрива с клетките. Когато направихме първия клиничен опит за тези пациенти, всъщност създавахме скелето специфично за всеки пациент. Въвеждахме пациенти, шест до осем седмици преди планираната им операция, правехме рентгенови снимки, а после композирахме скеле специално за размера на тазовата кухина на този пациент. За втората фаза от опитите просто имахме различни размери - малък, среден, голям и свръхголям. (Смях) Вярно е. И съм сигуран, че всеки тук искаше свръхглям. Нали? (Смях)

Пикочните мехури определено са малко по-сложни от другите структури. Но има други кухи органи, които са добавили сложност към него. Това всъщност е сърдечна клапа, която сме проектирали. Начинът, по който се проектира тази сърдечна клапа, е същата стратегия. Вземаме скелето, засяваме го с клетки и виждате тук как листенцата на клапата се отварят и затварят. Упражняваме ги преди имплантация. Същата стратегия.

А после - най-сложни са солидните органи. Като солидни органи те са по-сложни, защото се използват много повече клетки на сантиметър. Това всъщност е един прост солиден орган като ухото. Сега се засява с хрущял. Това е подобното на пещ устройство; щом е покрито, се поставя там. А после, няколко седмици по-късно, можем да извадим хрущялното скеле.

Това всъщност са цифри, които ние проектираме. Напластяват се, слой по слой - първо костта, запълваме празнините с хрущял. Поле започваме да добавяме мускула оторе. И започват да се напластяват тези солидни структури. Отново, далеч по-сложни органи, но досега най-сложните солидни органи всъщност са кръвоснабдените, високо кръвоснабдени, богато снабдени с кръвоносни съдове органи като сърцето, черния дроб, бъбреците. Това всъщност е един пример... няколко стратегии за проектиране на солидни органи.

Това всъщност е една от стратегиите. Използваме принтер. А вместо да използваме мастило, използваме... току-що видяхте касета за мастиленоструен принтер... просто използваме клетки. Това е типичен принтер за бюро. Той всъщност отпечатва това двукамерно сърце, пласт по пласт. Виждате как сърцето излиза там. Отпечатването му отнема около 40 минути, и около четири до шест часа по-късно виждате мускулните клетки да се свиват. (Аплодисменти) Тази технология е развита от Тао Ю, който работеше в нашия институт. Това всъщност, разбира се, е още експериментално, не е за употреба при пациенти.

Друга стрратегия, която сме следвали, всъщност е да използваме обезклетъчени органи. Вземаме донорски органи - органи, които са изхвърлени, а после използваме много меки разтворители, за да извадим всички клетъчни елементи от тези органи. Например, вляво горе виждате един черен дроб. Всъщност вземаме донорския черен дроб, използваме много меки разтворители и чрез употреба на тези меки разтворители изваждаме всички клетки от черния дроб.

Две седмици по-късно всъщност можем да повдигнем този орган, на допир е като черен дроб, можем да го държим като черен дроб, прилича на черен дроб, но няма клетки. Останал ни е само скелетът, ако щете, на черния дроб, целият направенот колаген - един материал, който е в нашите тела и няма да се отхвърли. Можем да го използваме от един пациент на следващия. Тогава вземаме тази съдова структура и можем да докажем, че запазваме снабдяването с кръвоносни съдове.

Виждате, всъщност това е флороскопия. Инжектираме контраст в органа. Виждате как започва. Инжектираме контраста в органа в този обезклетъчен черен дроб. И виждате васкуларното дърво, което остава непокътнато. После вземаме клетките, васкуларните клетки, клетките за кръвоносни съдове, обливаме васкуларното дърво със собствените клетки на пациента. Обливаме външната страна на черния дроб със собствените чернодробни клетки на пациента. И тогава можем да създаваме функционални черни дробове. Това всъщност виждате. Все още е експериментално. Но всъщност можем да репродуцираме функционалността на чернодробната структура, експериментално.

За бъбрека, както ви говорих за първата картина, която видяхте, първия кадър, който ви показах, 90 процента от пациентите в списъка за трансплантации чакат за бъбрек - 90 процента. Затова друга стратегия, която следваме, всъщност е да създаваме вафли, които натрупваме заедно, като акордеон, ако щете. Значи, трупаме тези вафли заедно, използвайки бъбречните клетки. И тогава виждате тези миниатюрни бъбреци, които сме проектирали. Те наистина правят урина. Отново, малки структури - нашето предизвикателство е как да ги направим по-големи и това е нещо, по което работим в момента в института. Едно от нещата, които исках да обобщя за вас тогава е каква е стратегията, към която се стремим в регенеративната медицина.

Ако изобщо е възможно, наистина бихме искали да използваме умни биоматериали, които просто да можем да свалим от рафта и да регенерираме органите ви. В момента сме ограничени с разстоянията, но целта ни е всъщност с времето да увеличаваме тези разстояния. Ако не можем да използваме умни биоматериали, тогава бихме предпочели да използваме ваши собствени клетки.

Защо? Защото те няма да се отхвърлят. Можем да вземем клетки от вас, да създадем структурата, да я поставим обратно във вас, няма да се отхвърлят. А ако е възможно, бихме предпочели да използваме клетки от самия ви специфичен орган. Ако се появите със заболяла трахея, бихме искали да вземем клетки от вашата трахея. Ако се появите със заболял панкреас, бихме искали да вземем клетки от този орган.

Защо? Защото предпочитаме да вземем тези клетки, които вече знаят, че това са типовете клетки, които искате. Една клетка от трахея вече знае, че е клетка от трахея. Не е нужно да я учим как да стане друг тип клетка. Затова предпочитаме органово-специфични клетки. Днес можем да получим клетки от почти всеки орган във вашето тяло, освен няколко, за които още са ни нужни стволови клетки, като сърце, черен дроб, нерви и панкреас. За тях все още са ни нужни стволови клетки. Ако не можем да използваме стволови клетки от вашето тяло, тогава бихме искали да използваме донорски стволови клетки. И предпочитаме клетки, които няма да се отхвърлят и няма да формират тумори.

Работим много със стволовите клетки, за които публикувахме преди две години, стволови клетки от амниотичната течност и плацентата, които имат тези свойства. На този етап искам да ви разкажа за някои от големите предизвикателства пред нас. Разбирате ли, току-що ви показах тази презентация - всичко изглежда толкова добре, всичко действа. Всъщност не, тези технологии наистина не са толкова прости. Част от работата, която видяхте днес, беше изпълнена от над 700 изследователи в нашия институт в продължение на 20-годишен период.

Това са много трудни технологии. Щом веднъж получиш формулата, можеш да я повтариш. Но е нужно много, за да се стигне дотам. Винаги обичам да показвам това анимационно филмче. Ето как да се спре една неудържима сцена. Тук виждате кочияша на дилижанса, а той, отгоре - А, Б, В, Г, Д, Ж, З. Най-сетне спира неудържимата сцена. Това обикновено са основните учени; долните обикновено са хирурзите. (Смях) Аз съм хирург, така че не е толкова смешно. (Смях)

Но всъщност метод А е правилният подход. С това искам да кажа, че всеки път, щом сме пускали една от тези технологии в клиниката, сме се уверявали абсолютно, че правим всичко, което можем в ларобаторията, преди дори да пуснем тези технологии към пациенти. А когато пуснем тези технологии към пациенти, искаме да се уверим, че си задаваме един много труден въпрос. Готов ли си да поставиш това в свой собствен любим човек, собственото си дете, член на собственото си семейство? И тогава действаме. Защото основната ни цел, разбира се, първо е да не вредим.

Сега ще ви покажа един много кратък клип. Това е петсекунден клип с един пациент, който получи един от проектираните органи. Започнахме да имплантираме някои от тези структури преди над 14 години. Сега имаме пациенти, които се разхождат наоколо с органи, проектирани органи, вече над 10 години. Ще покажа клип с една млада дама. Тя имаше дефекта спина бифида - абнормалност на гръбначния мозък. Нямаше нормален пикочен мехур. Това е сегмент от Си Ен Ен. Вземаме само пет секунди. Това е един сегмент, за който се погрижи Санджей Гупта.

Видео: Катлийн М.: Щастлива съм. Винаги се страхувах, че ще претърпя инцидент или нещо такова. А сега просто мога да отида и да изляза с приятелите си, да правя, каквото искам.

Антъни Атала: Виждате ли, в крайна сметка обещанието за регенеративна медицина е единствено обещание. И то всъщност е много просто, пациентите ни да са по-добре. Благодаря ви за вниманието. (Аплодисменти)