Антъни Aтала: Отпечатване на човешки бъбрек

Има наистина голяма здравна криза днес по отношение на недостига на органи. Факт е, че ние живеем по-дълго. Медицината е свършила много по-добра работа, като ни е помогнала да живеем по-дълго. И проблемът е, че както ние стареем, органите ни са склонни да се изчерпват все повече. И така в момента няма достатъчно органи за всички. В действителност, през последните 10 години броят на пациентите, нуждаещи се от орган се е удвоил, докато в същото време действителния брой на трансплантациите почти не се е повишил. Така че сега това е обществена здравна криза.

Така че тук е, където тази област се вмества, която ние наричаме областта на регенеративната медицина. Тя наистина включва много различни области. Можете да използвате, всъщност, скелета, биоматериали - те са като част от вашата блуза или ризата ви - но конкретни материали, които всъщност могат да бъдат имплантирани на пациенти и те ще се справят добре и ще ви помогнат да се възстановите. Или можем да използваме само клетки, било собствените ви клетки, или различни популации стволови клетки. Или можем да използваме и двете; можем да използваме, всъщност, биоматериали и клетки заедно. И това е, където областта е днес.

Но това всъщност не е новa сфера. Интересното е, че това е книга която е била публикувана през 1938 година. Нейното заглавие е: "Отглеждане на органи." Първият автор, Алексис Карел, е лауреат на Нобелова награда. Той всъщност създаде някои от същите технологии, използвани днес за зашиване на кръвоносните съдове. А някои от присадките на кръвоносните съдове, които използваме днес действително са били проектирани от Алексис. Но аз искам да отбележа неговия съавтор: Чарлз Линдберг. Това е същия Чарлз Линдберг, който всъщност прекарва остатъка от живота си работейки с Алексис, в Рокфелер института в Ню Йорк, в областта на отглеждането на органи.

Така че, ако тази област е съществувала толкова дълго време, защо има толкова малко клиничен напредък? И това наистина е свързано с много различни предизвикателства. Но ако трябва да посочите три предизвикателства, първото е всъщност проектирането на материали, които могат да влязат в тялото ви и да се справят добре с течение на времето. И след много напредък досега, ние можем да направим това доста лесно. Второто предизвикателство са клетките. Не можехме да накараме достатъчно от клетките да растат извън тялото ви. През последните 20 години, в общи линии се справихме с това. Много учени вече могат да отглеждат различни видове клетки - плюс имаме стволови клетки. Но дори сега, 2011 г. все още има някои клетки, които не можем да отглеждаме от пациента. Чернодробните клетки, нервните клетки, клетките на панкреаса - все още не можем да ги отглеждаме и до днес. И третото предизвикателство е кръвоснабдяването, действителната доставка на кръв, която да позволи на тези органи или тъкани да оцелеят, след като ги възстановим.

Така че всъщност можем да използваме биоматериали сега. Това всъщност е биоматериал. Можем да ги тъчем, да ги плетем, или можем да ги направим както видяхте тук. Това всъщност е като машина за захарен памук. Видяхте спрея, който впръсква. Това беше като влакната на захарния памук създаващи тази структура, тази тръбообразна структура, което е биоматериал, който можем да използваме за да помогнем на тялото да регенерира, използвайки своите собствени клетки, за да го направи. И точно това сме направили тук.

Това всъщност е пациент, който се представи с орган на починал, и тогава създадохме един от тези умни биоматериали, и след това използвахме този умен биоматериал за подмяна и възстановяване на структурата на пациента. Какво направихме всъщност, бе че използвахме биоматериала като мост, така че клетките в органа могат да се движат по този мост, ако щете, и така да може да се преодолее пропастта, за да се възстанови тази тъкан. И вие виждате този пациент шест месеца по-късно с рентгенова снимка, която ви показва регенерираната тъкан, която е напълно възстановена, когато я анализирате под микроскоп. Можем също така да използваме само клетки. Това всъщност са клетки, които ние придобихме. Това са стволови клетки, които създаваме от дадени източници, и ние можем да ги накараме да станат сърдечни клетки. И те започват да туптят в културата. Така че те знаят какво да правят. Клетките генетично знаят какво да правят, И те започват да тупат заедно. В наши дни, много клинични опити използват различни видове стволови клетки за сърдечни заболявания. Така че това е в действителност в пациентите сега.

Или ако искаме да използваме по-гопеми структури, за да заместим по-големи структури, тогава можем да използваме клетките на самия пациент, или част от клетъчна популация, и биоматериалите, скелетите, заедно. Това е идеята тук: Така че ако имате бопен или увреден орган, ние вземаме много малка част от тази тъкан, по-малка от половината на пощенска марка. След това разделяме клетките, Отглеждаме ги извън тялото. След това взимаме скелето, биоматериал, отново, изглежда като парче от блузата или ризата ви. Тогава оформяме материала, И използваме тези клетки за да кодираме материала, всеки слой поотделно - Много подобно на печенето на торта на пластове, така да се каже. След това го поставяме в устройство подобно на фурна, и сме способни да създадем тази структура и да я осъществим. Това всъщност е сърдечна клапа, която ние проектирахме. И можете да видите тук, че имаме структурата на сърдечна клапа и сме поставили клетки в нея, и след това я упражняваме. Така че виждате листенцата да се отварят и затварят - на сърдечната клапа, която в момента се използва експериментално и се опитваме да стигнем до по-нататъшни проучвания.

Друга технология, която сме използвали при пациенти всъщност включва пикочни мехури. Ние взимаме много малка част от пикочния мехур на пациента - по-малко от половината от размера на пощенска марка. След това отглеждаме клетките извън тялото, взимаме скелето, запълваме го с клетките - със собствените клетки на пациента, два различни клетъчни видове. След това го поставяме в това устройство подобно на фурна. То има същите условия, както човешкото тяло - 35 градуса по Целзий, 95% кислород. Няколко седмици по-късно имате проектираните органи, които можем да имплантираме обратно в пациента. За тези конкретни пациенти, всъщност само зашиваме тези материали. Използваме триизмерен имиджинг анализ, но всъщност създадохме тези биоматериали на ръка.

Но сега имаме по-добри начини за създаването на тези структури с клетките. Сега използваме някои видове технологии, където за солидни органи, например, като черния дроб, това, което правим, е да използваме негодни черни дробове. Както знаете, много органи действително са изхвърлят, неизползвани. Така че можем да вземем тези чернодробни структури, които няма да бъдат използвани, и след това ги поставяме в структура, подобна на перална машина, което ще позволи на клетките да бъдат отмити. Две седмици по-късно, имате нещо, което прилича на черен дроб. Можете да го държите като черен дроб, но няма клетки, то е само един скелет на черния дроб. И тогава може отново да запълним черния дроб с клетки, запазвайки разклоненията на кръвоносните съдове. Така че всъщност запълваме първо разклоненията на кръвоносните съдове със собствените клетки на кръвоносните съдове на пациента, и тогава инфилтрираме паренхима с клетките на черния дроб. И сега сме в състояние да покажем създаването на тъкан на човешки черен дроб, наскоро през изминалия месец, използвайки тази технология.

Друга технология, която сме използвали всъщност е тази на отпечатването или принтирането. Това всъщност е настолен мастилено-струен принтер, но вместо да използваме мастило, ние използваме клетки. И всъщност можете да видите тук печатащата глава, движейки се и принтирайки тази структура, и отнема около 40 минути, за да отпечатате тази структура. А има и 3D повдигач, който всъщност се движи надолу един слой наведнъж, при всяко преминаване на печатащата глава. И накрая сте в състояние да отпечатате тази структура. Можете да извадите тази структура от принтера и да я имплантирате. И това всъщност е част от кост, която ще ви покажа в този слайд, която всъщност бе създаденa с настолен принтер и имплантирана както виждате тук. Това беше изцяло нова костна тъкан, която е имплантирана, използвайки тези техники.

Още по-напреднала технология, което виждаме в момента, следващото ни поколение технологии, са по-сложни принтери. Този конкретен принтер, който проектираме сега всъщност е такъв, който печата на самия пациент. Така че това, което виждате тук - знам, че звучи смешно, но това е начина, по който работи. Защото в действителност това, което искате да направите е, че всъщност искате да имате пациента с рана на леглото, и имате скенер, нещо като плосък скенер. Това е, което виждате тук, от дясната страна; виждате скенерна технология, която първо сканира раната на пациента и след това се връща с печатащите глави, действително отпечатвайки слоевете, които ви трябват, върху самите пациенти.

Ето как това действително работи. Ето скенера преминава през раната и я сканира. След като е сканирана, той изпраща информация до правилните слоеве клетки, където трябва да бъдат. И сега тук ще видите демонстрация на това всъщност да става в представителна рана. Всъщност това го правим с гел, така че да можете да махнете гела. Така че след като тези клетки са в пациента, те ще се задържат там където трябва да бъдат. И всъщност това е нова технология, все още в процес на разработка.

Ние работим и върху по-сложни принтери. Защото в действителност, най-голямото ни предизвикателство са солидните органи. Аз не знам дали разбирате това, но 90% от пациентите в списъка за трансплантация всъщност чакат за бъбрек. Пациенти умират всеки ден, защото не разполагаме с достатъчно от тези органи. Така че това е по-голямо предизвикателство - голям кръвоснабден орган, голяма доставка на кръвоносни съдове, наличие на много клетки. Така че стратегията тук е следната - това всъщност е компютърна томография, рентгенова снимка - и преминаваме слой по слой, чрез компютърно морфометричен анализ на изображенията и 3D реконструкция, за да се стигне до собствените бъбреци на пациента. След това сме в състояние да добием реално изображение, да направим ротация на 360 градуса и анализираме бъбреците в пълния им обем характеристики, и тогава ще сме в състояние действително да вземем тази информация и след това да я сканираме в печатно-електронен вид. Така че преминаваме слой по слой през органа, анализирайки всеки слой, като преминаваме през органа. И тогава сме в състояние да изпратим тази информация, както виждате тук, чрез компютъра и всъщност да проектираме органа за пациента. Това всъщност показва действителния принтер. И това всъщност показва отпечатването.

Всъщност, ние имаме принтера тук. Така че, докато говорихме днес, всъщност можете да видите принтера тук зад сцената. Това е действителния принтер в момента, и това е отпечатването на тази бъбречна структура, което виждате тук. Необходими са около седем часа, за да отпечатате бъбрек, така че това е около три часа досега. И д-р Канг ще дойде на сцената сега, и всъщност ще ви покажем един от тези бъбреци, който отпечатахме по-рано днес. Сложете си чифт ръкавици тук. Благодаря. Отдръпнете се назад. И така, тези ръкавици са малко малки за мен, но ето го. Всъщност можете да видите бъбрека, както бе отпечатан по-рано днес.

(Аплодисменти)

Има малка плътност. Това е д-р Канг, който работи с нас по този проект, и е част от нашия екип. Благодаря ви, д-р Канг. Оценявам го.

(Аплодисменти)

Така че това всъщност е ново поколение. Това всъщност е принтера, който виждате тук на сцената. И всъщност това е една нова технология, по която работим сега. В действителност, ние правим това отдавна. Ще споделя с вас един клип от гледна точка на технологията, която използваме при пациенти от известно време.

И това всъщност е много кратък клип - само около 30 секунди - на пациент, който действително е получил орган.

(Видео) Люк Масела: Бях много болен. Едва успявах да се измъкна от леглото. Не ходех на училище. Беше доста мизерно. Не можех да изляза и да играя баскетбол в междучасията, без да се чувствам като че ли щях да припадна, когато се прибирах вътре. Чувствах се толкова болен. Пред мен се очертаваше живот на диализа и дори не исках да мисля какъв живот ми предстоеше, ако трябваше да правя това. Така че след операцията живота ми се подобри много. Бях в състояние да правя повече неща. Бях в състояние дори да се боря в гимназията. Станах капитан на отбора, и това беше страхотно. Бях в състояние да бъде нормално дете с моите приятели. И тъй като използваха моите собствените клетки, за да изградят този пикочен мехур, той щеше да бъде с мен. Имам го за цял живот, така че съм оправен.

(Аплодисменти)

Хуан Енрикез: Тези експерименти понякога стават, и е много готино, когато те успеят. Люк, ела тук моля те.

(Аплодисменти)

И така Люк, преди снощи, кога за последен път видя Тони?

ЛМ: Преди 10 години, когато имах хирургията - и е наистина страхотно да го видя.

(Смях)

(Аплодисменти)

ХЕ: Кажи ни малко повече за това какво правиш.

ЛМ: Ами точно сега съм в колежа към Университета на Кънектикът. Втори курс съм и уча комуникации, телевизия и средства за масово осведомяване. И в общи линии се опитвам да живея живота си като нормално момче, което винаги съм искал когато растях. Но това е трудно да се прави, когато си се родил със спина бифида и когато бъбреците и пикочния ми мехур не работеха. Направиха ми около 16 операции, и изглеждаше невъзможно да се направи, когато имах бъбречна недостатъчност, когато бях на 10. И тази операция бе направена и в общи линии ме направи това, което съм днес и ми спаси живота.

(Аплодисменти)

ХЕ: И Тони е направил стотици като тази?

ЛМ: Това, което знам е, че той работи много усилено в лабораторията си и измисля невероятни неща. Знам, че аз бях един от първите 10 души с тази операция. И когато бях на 10, не осъзнавах колко невероятно бе това. Бях малко дете, и си казвах. "Да. Ще трябва да го направя. Ще ми направят тази операция." (Смях) Всичко, което исках бе да се оправя, и не осъзнавах колко невероятно е било досега, когато съм по-голям и виждам невероятните неща, които той прави.

ХЕ: Когато изневиделица ти се обадиха - Тони е много срамежлив, и отне много убеждения, да накараш някой толкова скромен като Тони да ни позволи да доведе Люк. Така че Люк, отиваш при преподавателите си по комуникации - ти си специалност комуникации - и ги молиш за разрешение да дойдеш в TED, което може да има нещо общо с комуникациите, и каква беше тяхната реакция?

ЛМ: Повечето от моите професори бяха за, и казаха: "Донеси снимки и ни покажи клиповете онлайн," и "Радвам се за теб." Имаше двама, които бяха малко инати, но аз трябваше да говоря с тях. Издърпах ги настрана.

ХE: Ами, чест и привилегия бе да се запознаем. Благодаря ви много. (ЛМ: Благодаря ви много.)

ХЕ: Благодаря ти Тони.

(Аплодисменти)