Anthony Atala: Tisk lidské ledviny

V dnešní době se setkáváme s velkou zdravotní krizí ve smyslu nedostatku orgánů. Pravdou je, že se dožíváme vyššího věku. Lékařství se podařilo prodloužit náš věk. Problémem je, když stárneme, naše orgány mají tendenci více selhávat. A proto v současné době, trpíme nedostatkem orgánů. Ve skutečnosti, za posledních 10 let se množství pacientů, kteří potřebují orgány, zdvojnásobil, zatímco množství transplantací se sotva zvýšil. A tak, toto je dnešní zdravotní krize.

V tento okamžik přichází k užitku obor, kterému říkáme regenerační medicína. Zahrnuje mnoho různých oblastí. Můžete vlastně použít lešení, biomateriály -- jsou jako kousek vaší blůzy nebo košile -- ale zvláštní materiály můžete implantovat pacientovi udělají mu dobře a pomohou mu s regenerací. Nebo můžeme použít buňky samotné, buď vaše vlastní buňky nebo kmenové buňky z jiného prostředí. Nebo můžeme použít obojí, můžeme použít biomateriály a buňky dohromady. Tam až se dnes dostal tento obor.

Ale nejedná se o obor nový. Pro zajímavost, toto je kniha, která byla vydána v roce 1938. Je nazvaná "Kultura orgánů". První autor, Alexix Carel, obdržel Nobelovu cenu. Ve skutečnosti vynalezl některé z technologií, které dnes používáme k sešívání cév. A některé z těchto cévních transplantátů byly navržené Alexem. Ale chci, aby jste znali jeho spoluautora. Charles Lindbergh. Je to ten samý Charles Lindbergh, který strávil zbytek svého života pracováním s Alexem v Rockfeller Institutu v New Yorku v oblasti kultury orgánů.

Jestliže tento obor existuje takto dlouho, proč nedosahujeme více vědeckých pokroků? Máto co společného s různýmy potížemi. Ale kdybych to měl zjednodušit, byly by tři, první se týká návrhu materiálu, které tělo neodmítne ani po delší době. Mnohé materiály dnes splňují tuto podmínku, takže jsme v celku připraveni. Druhým problémem byly buňky. Nebyli jsme schopni vyprodukovat dostatek buňek vně lidského těla. Posledních 20 let jsme v podstatě zaseklí v této fázi. Mnoho vědců dnes může vyprodukovat mnoho různých typů buňek -- navíc máme kmenové buňky. Ale i dnes, 2011, stále existují jisté buňky, které nemůžeme vyprodukovat. Jaterní buňky, nervové buňky, buňky pankreatu -- dodnes je nejsme schopni vyprodukovat. A třetím problémem se týká prokrvení, zásobení těla krví, aby orgány či tkáně mohly přežít, jakmile je obnovíme.

Takže dnes vlastně můžeme používat biomateriály. Toto je je biomateriál. Můžeme ho utkat, uplést, nebo ho vyrobit tak jak tady vidíte. Toto pracuje jako stroj na cukrovou vatu. Viděli jste jak dovnitř vstupuje postřik. Stejně jako vlákna sladké vaty sprej utvoří tuto trubicovitou strukturu, což je biomateriál, který můžeme použít k regeneraci vašeho těla za použití vašich vlastních buněk. A to je přesně to, co jsme udělali zde.

Toto je pacient, který neměl plně funkční orgán, a my jsme pak vytvořili takovýto chytrý biomateriál, který jsme pak použili k nahrazení a opravení pacientovy struktury. Co jsme udělali bylo, že jsme použili biomateriál jako most, aby buňky z orgánu mohly přejít po tomto mostě a pomoci k překonání mezery k regeneraci tkáně. A jak vidíte, pacient po 6 měsících, s rentgenovým snímek tkáně, která je plně obnovená, jestliže provedete rozbor pod mikroskopem. Můžeme také využít pouze buňek. Toto jsou buňky, kterých dosáhneme. Toto jsou kmenové buňky, které vytvoříme ze zvláštních pramenů, a můžeme je přimět, aby se staly buňkami srdečními. Ve společnosti začnou bušit. Takže vědí, co dělat. Buňky jsou naprogramované, aby věděli, co dělat a začnou tepat dohromady. Dnes, mnoho vědeckých experimentů používá různé druhy kmenových buňek. na srdeční choroby. Takže se jedná o současné pacienty.

Nebo, jestliže budeme používat velké struktury k nahrazení velkých struktur, můžeme použít pacientovi buňky, nebo buněčné populace, a biomateriál, a ono lešení dohromady. Takže věc se má tak: jestliže máte nefunkční nebo zraněný orgán, vyjmeme velmi malou část tkáně, velikosti menší než povina poštovní známky. Pak buňku rozpůlíme, a vyprodukujeme buňku mimo lidské tělo. Pak vezmem lešení, biomateriál, velmi se podobá kousku vaší blůzy nebo košile. Pak vytvarujeme materiál, a pak použijeme buňky k pokrytí meteriálu jedna vrstva přes drouhou -- přesně jako péct vrstvené pečivo. Pak je umístíme do zařízení podobnému troubě a jsme schopni vytvořit strukturu a přivést ji k životu. Toto je srdeční chlopeň, kterou jsme vyprodukovali. A tady vidíte, máme strukturu srdeční chlopně, do které jsme vyseli buňky a pak jsme ji uvedli v chod. Takže vidíte, jak se záklopky otevírají a zavírají -- této srdeční chlopně která je v současné době experimentálně používána, aby se dostala do dalších studií.

Další technikou, kterou jsme u pacientů používali se týká močových měchýřů. Z pacientova měchýře vyjmeme valmi malou část měchýře -- menší než polovinu poštovní známky. Pak vyprodukujeme buňky mimo jeho tělo, vezeme lešení, pokryjeme lešení buňkami -- pacientovými buňkami, dvěma druhy buňek. Vložíme jej do přístroje podobnému troubě. Prostředí je stejné jako v lidském tělě -- 37 stupňů Celsia, 95 % kyslíku. Za pár týdnu máte vyprodukovaný orgán, který jsme schopni pacientovi implantovat. Pro tyto specifické pacienty jsme právě stvořili tyto materiály. Využíváme trojrozměrného vizuálního rozboru, ale ve skutečnosti tyto biomateriály vyrábíme ručně.

Ale nyní máme lepší způsoby, jak vytvořit buněčné struktury. Využíváme technologií, kdy, pro výrobu orgánů, například jater, vezmeme odložená játra. Jak víte, mnoho orgánů je odložených, nevyužitých. Takže vezmeme strukturu těchto jater, které nejsou k užití, a vložíme je do přístroje podobnému pračce, které nám umožní buňky odplavit. Po dvou týdnech, dostanete něco, co vypadá jako játra. Můžete je držet jako játra, ale tento orgán nemá žádné buňky, je to jen kostra jater. Pak můžeme zalít játra novými buňkami, zachovajíc cévní systém. Takže můžeme provést perfůzi cévního systému, i pacientových vlastních cévních buněk, a pak mohou jaterní buňky vniknou do parenchymu. Práve teď jsme i schopni ukázat vytvoření tkáně lidských jater, právě minulý měsíc, za pomocí této technologie.

Další technika, kterou využíváme, je ve skutečnosti tištění. Toto je stolní inkoustová tiskárna, ale místo inkousu používáme buňky. A tady dokonce můžete vidět tiskovou hlavu procházející touto strukturou, zabere to okolo 40 minut to vytisknout. Tady je 3D zdviž, která sestupuje pokaždé o jednu vrstvu dolů kdy tisková hlava projíždí. Takže jste nakonec dostanete tuto strukturu. Můžete vyjmout strukturu z tiskárny a implantovat ji. A tohle je dokonce část kosti, kterou vám tady na slidu ukáži, která byla vytvořena touto stolní tiskárnou a implantována, jak tady vidíte. Jednalo se o celou kost, co jsme implantovali, za pomocí techto technik.

Jiné, pokročilejší techniky, na které se díváme právě teď, techniky nové generace, jsou více komplikovanější tiskárny. Na konkrétně této pracujeme právě teď, s ní tiskneme přímo na pacientovi. Takže co tu vidíte -- vím, že to zní zvláštně, ale tak to prostě funguje. Protože ve skutečnosti, co potřebujete, je mít pacienta s jeho zraněním na lůžku, se scannerem, v podstatě s plochým scannerem. To je to co tu vidíte, na pravé straně, vidíte scannerovou technologii, která nejprve sejme pacientovo zranění a pak se vrátí s tiskovou hlavou, tisknouc vrstvy, které jsou zapotřebí na pacientovi.

Takto to ve skutečnosti funguje. Tady je scanner snímajíc zranění. Jakmile je obraz naskenován, pošle informaci do správné vrstvy buněk, kde jsou potřeba. A pak uvidíte, demonstraci, kdy se toto odehrává na reprezentativním zranění. Provádíme toto s gelem, takže můžete zvednout gelový materiál. Jakmile jsou buňky na pacientovi, přilnou tam, kde jsou potřebné. Toto je nová technologie, která stále prochází vývojem.

Také pracujeme na komplexnějších tiskárnách. Protože ve skutečnosti, největší potíží jsou samy orgány. Nevím, jestli si to uvědomujete, ale 90 procent pacientů na seznamu pro transplantaci čekají na ledviny. Pacienti umírají každý den, protože nemáme dostatek orgánů. Takže tohle je náročnější -- velké orgány, cévní, velký počet cév dodává krev, velký počet cév se zapojuje. Strategie je taková -- toto je CT a rentgen -- půjdeme vrstvu po vrstvě, za použití digitalizovaného vizuálního rozboru a 3D rekonstrukce, abychom se dostali do pacientových ledvin. Pak jsme schopni je zobrazit, znázornit 360 stupňovou rotaci, k analýze ledvin, ve svých plně volumetrických charakteristických znakách, a pak jsme schopni vzít tuto informaci, naskenovat ji do tisku schopné digitální verze. Takže jdeme vrstvu po vrstvě skrz orgán, během tohoto postupu, analyzujeme každou vrstvu. Pak jsme schopni poslat tuto informaci, jak vidíte, přes počítač a vskutku navrhnout orgán pro pacienta. Takto vypadá pravá tiskárna. A takto to vypadá, když tiskne.

Tuto tiskárnu máme zde. Takže, zatímco tu dnes povídáme, můžete tuto tiskárnu vidět, zde v zákulisí. Takto vypadá tiskárna právě teď a je to ona, která vytiskla tuto strukturu ledviny, kterou zde vidíte. Trvá to kolem sedmi hodin, vytiknout ledvinu, takže teď je to kolem tří hodin. A Dr. Kang přichází na pódium právě teď a spolu vám ukážeme jednu z ledvin, kterou jsme vytiskli před malou chvílí. Vezmu si pár rukavic. Děkuji. Jsou obráceně. Tyhle rukavice jsou mi trochu malé, ale tady to je. Můžete vidět ledvinu, která byla dnes vytisknuta.

(potlesk)

Je trochu nestálá. Toto je Dr. Kang, který s námi pracuje na tomto projektu, a část našeho týmu. Děkuji Dr. Kangu, velmi si toho cením.

(potlesk)

Toto je nová generace. Toto je tiskárna, kterou tady vidíte na podiu. A toto je nová technika, na které teď pracujeme. Ve skutečnosti, už na tom pracujeme dost dlouho. Ukáži vám jeden klip z hlediska technologie je na světě docela dlouho.

A jedná se o velmi krátky film -- asi 30 vteřin -- je o pacientovi, který obdržel orgán.

Luke Massella: Byl jsem velmi nemocný. Skoro jsem nemohl vstát z postele. Meškal jsem školu. Byl jsem dost nešťastný. Nemohl jsem jít ven a hrát o přestávce basket aniž bych se cítil, že omdlím, když jsem se vrátil dovnitř. Cítil jsem se hodně nemocný. Čekal mě v podstatě život plný dialýz a ani nechci myslet na to, jak by můj život vypadal, kdyby to tak mělo dopadnout. Po operaci se můj život o moc zlepšil. Byl jsem schopný dělat více věcí. Mohl zápasit na střední škole. Stal jsem se kapitánem týmu a to bylo skvělé. Stal jsem se normálním dítětem, stejně jako moji kamarádi. A protože použili moje vlastní buňky k vyprodukování měchýře, zůstane se mnou. Mám ho napořád, takže budu v pořádku.

(potlesk)

Juan Enriquez: Tyto pokusy někdy fungují, a je to ohromné, když se to podaří. Luku, pojď sem, prosím.

(potlesk)

Takže Luku, před včerejším večerem, kdy jsi naposledy viděl Tonyho?

Před 10 lety, když jsem prodělával svou operaci -- a je to opravdu skvělé ho vidět.

(smích)

(potlesk)

Řekni nám něco víc, o tom, co děláš.

Teď chodím na vysokou, na Univerzitu Connecticut. Jsem druhým rokem na studiu komunikací, TV a masových médií. A v podstatě se snažím žít jako normální kluk, což jsem vždycky chtěl. Ale bylo to dost těžké, jelikož jsem se narodil se spina bifida a mé ledviny a měchýř nefungovali. Prodělal jsem 16 operací, a zdálo se to beznadějné když jsem měl prodělal selhání ledvnin, když mi bylo 10. Pak přišla tato operace a v podstatě mě udělala, čím jsem dnes a zachránila mi život.

(potlesk)

A Tony jich udělal stovky?

Co já vím, tak pracuje těžce ve své laboratoři a vynalézá šílené věci. Vím, že jsem byl jedním z prvních 10 lidí, co podstoupili tuto operaci. Bylo mi 10, neuvědomoval jsem si, jak je to úžasné. Byl jsem ještě malý, říkal jsem si, "Jó, to by šlo. Takovou operaci chci." (smích) Jedniné, co jsem chtěl bylo, aby mi bylo líp, a neuvědomoval jsem si, jak ohromný to je až do teď, když sem starší a vidím úžasné věci, co dělá.

Když ti znenadání zavolali -- Tony je opravdu plachý, a stojí to mnoho přesvědčování abychom přemluvili někoho tak skromného, jako je Tony, aby svolil pozvat Luka. Tak Luku, ty jsi šel ke svým profesorům komunikace -- tvuj obor je komunikace -- a zeptal ses jich o svolení přijít na TED, které má také co dělat s komunikacemi, jaká byla jejich reakce?

Většina z nich byla pro, říkali: "Sežeň fotky a ukaž mi ty videa na internetu" a "Jsme za tebe rádi." Bylo jich pár, co byli trochu tvrdohlaví, ale musel jsem si s nimi promluvit, vzal jsem si je stranou.

Jsem rád, že jsem tě potkal, je to pro mne čest. Děkuji mnohokrát. (Děkuji vám mnohokrát.)

Děkuji, Tony.

(potlesk)