Anthony Atala: Menschliche Nieren drucken

Heute steckt das Gesundheitswesen wegen Mangel an Organen in einer Krise. Fakt ist, dass wir länger leben. Die Medizin leistet bessere Arbeit und lässt uns damit länger leben. Leider neigen unsere Organe im Alter häufiger zum Versagen. Und im Moment sind nicht genügend Organe im Umlauf. So hat sich in den letzten 10 Jahren die Zahl der Patienten, die ein Organ benötigen, verdoppelt, während die Zahl faktisch vorhandener Transplantate kaum gestiegen ist. Deshalb herrscht eine Krise im Gesundheitswesen.

Hier kommt das Gebiet, das wir als regenerative Medizin bezeichnen, ins Spiel. Es umfasst viele verschiedene Felder. Man kann etwa Gerüste oder Biomaterialien verwenden – sie sind wie ein Stück Bluse oder Hemd – bestehen aber aus Materialien, die sich Patienten einsetzen lassen, Sie werden Ihnen gut tun und bei der Regeneration helfen. Wir können auch Zellen allein benutzen, entweder Ihre eigenen Zellen oder andere Stammzellenpopulationen. Oder beides zusammen; Wir können auch Biomaterialien und Zellen zusammen benutzen. Und da stehen wir heute.

Eigentlich ist das nichts Neues. Interessanterweise wurde dieses Buch 1938 veröffentlicht. Es hat den Titel "The Culture of Organs". Der erste Autor, Alexis Carrel, ist Nobelpreisträger. Er entwickelte einige derselben Technologien, mit denen man heute Blutgefäße näht. Und einige der Blutgefäßplantate, die wir heute benutzen, wurden tatsächlich von Alexis entwickelt. Aber ich möchte auch den Mitautor nennen: Charles Lindbergh. Derselbe Charles Lindbergh, der den Rest seines Lebens mit Alexis im Rockefeller Institut in New York auf dem Gebiet der Organkultur zusammenarbeitete.

Wenn es dieses Gebiet schon so lange gibt, warum nur so geringe klinische Fortschritte? Dahinter stecken viele verschiedene Herausforderungen. Sollte ich Ihnen drei Herausforderungen nennen, dann wäre die erste die Entwicklung von implantierbaren Materialien, sich über die Zeit halten. Bei so vielen Fortschritten sind wir heutzutage fast schon so weit. Die zweite Herausforderung wären Zellen. Wir konnten nicht genug eigene Zellen außerhalb des Körpers züchten. In den letzten 20 Jahren haben wir das im Grunde gelöst. Viele Wissenschaftler können jetzt viele verschiedene Zellarten züchten – auch haben wir Stammzellen. Aber selbst jetzt, 2011, lassen sich bestimmte Zellen immer noch nicht außerhalb züchten. Leberzellen, Nervenzellen, Pankreaszellen – die können wir selbst heute nicht züchten. Die dritte Herausforderung wäre Vaskularität, die eigentliche Blutzufuhr, die diese Organe oder Gewebe überleben lässt, wenn wir sie einmal regeneriert haben.

Wir können jetzt also Biomaterialien verwenden. Das ist ein Biomaterial. Wir können sie weben, stricken, oder nach diesem Muster hier anfertigen. Das funktioniert wie eine Maschine für Zuckerwatte. Sie sehen, wie das Spray herein geht, genau wie die Fasern von Zuckerwatte, sie schafft diese Struktur, diese röhrenartige Struktur, die wir als Biomaterial zur Hilfe bei der Regeneration Ihres Körpers benutzen können, wobei wir Ihre eignen Zellen verwenden. Und genau das haben wir hier getan.

Hier ist ein Patient, der sich mit einem erkrankten Organ vorstellte. Wir schufen dann eines dieser intelligenten Biomaterialien, die wir zum Ersatz und zur Reparatur des Organs des Patienten benutzten. Im Grunde verwendeten wir das Biomaterial als Brücke, so dass die Zellen in dem Organ sozusagen diese Brücke überqueren konnten und beim Schließen der Lücke durch die Regeneration des Gewebes helfen konnten. Hier sehen Sie den Patienten sechs Monate später mit einer Röntgenaufnahme des Gewebes, das vollständig regeneriert ist, wie die Analyse unter dem Mikroskop zeigt. Wir können auch Zellen allein benutzen. Hier sind Zellen, die wir gewonnen haben. Es sind Stammzellen, die wir aus spezifischen Quellen schaffen. Wir können sie so lenken, dass daraus Herzzellen werden. Als Kulturzellen beginnen sie zu schlagen. Sie wissen also, was zu tun ist. Die Zellen wissen genetisch, was sie zu tun haben, und sie fangen zusammen an zu schlagen. Heute werden in vielen klinischen Versuchen verschiedene Arten von Stammzellen für Herzerkrankungen verwendet. Sie sind heute tatsächlich in Patienten drin.

Oder wenn wir größere Strukturen benutzen, zum Ersetzen größerer Organe, können wir die Zellen des Patienten benutzen, oder eine Zellpopulation, Biomaterialien und Gerüste alles zusammen. Hier ist das Konzept: Wenn Sie ein erkranktes oder verletztes Organ haben, nehmen wir ein winziges Stück des Gewebes, kleiner als eine halbe Briefmarke. Wir klauben das Gewebe auseinander, züchten die Zellen außerhalb des Körpers. Dann nehmen wir ein Gerüst, Biomaterial, sieht wieder fast so aus wie ein Stück Hemd oder Bluse. Wir formen das Material und nutzen diese Zellen zur Kodierung des Materials, eine Schicht nach der anderen – ganz wie Schichttorte backen, wenn Sie so wollen. Dann stellen wir es in ein ofenähnliches Gerät und so können wir diese Struktur herstellen und herausbringen. Hier sehen Sie eine technisch angefertigte Herzklappe. Und Sie können sehen, dass wir die Struktur der Herzklappe haben, die wir mit Zellen besät wurde, und dann trainiert wird. Sie sehen, wie sich die Klappensegel öffnen und schließen – dieser Herzklappe, die zurzeit experimentell verwendet wird damit wir weitere Studien durchführen können.

Eine weitere Technologie, die wir bei Patienten benutzt haben, betrifft Harnblasen. Wir entnehmen dem Patienten ein kleines Stück Blase – kleiner als eine halbe Briefmarke, Dann züchten wir die Zellen außerhalb des Körpers, nehmen das Gerüst, überziehen es mit den Zellen – des Patienten, mit zwei verschiedene Zelltypen. Dann stellen wir sie in dieses ofenähnliche Gerät, das dieselben Bedingungen wie der menschliche Körper hat – 35 Grad Celsius, 95 Prozent Sauerstoff. Einige Wochen später haben wir ein technisch angefertigtes Organ, das wie dem Patienten wieder einsetzen können. Für diese Patienten nähen wie die Materialien einfach. Wir benutzen 3D-Bildgebungsananalyse, doch im Grunde sind diese Biomaterialien handgearbeitet.

Jetzt haben wir bessere Möglichkeiten, solche Strukturen mit Zellen zu schaffen. Wir verwenden jetzt Technologien, bei denen wir für solide Organe, wie etwa die Leber, aussortierte Organe nutzen. Wie Sie wissen, werden viele Organe aussortiert und nicht verwendet. Wir nehmen also diese Leberstrukturen, die nicht benutzt werden, und stopfen sie in eine Art Waschmaschine, die die Zellen wegwäscht. Zwei Wochen später haben wir etwas, das wie eine Leber aussieht. sich wie eine Leber anfühlt aber keine Zellen hat; es ist nur ein Leberskelett. Wir perfundieren die Leber dann wieder mit Zellen, und erhalten damit den Gefäßverlauf. Wir perfundieren zunächst den Gefäßverlauf mit den eigenen Blutgefäßzellen des Patienten, dann infiltrieren wir das Parenchym mit Leberzellen. Erst letzten Monat ist es uns mit dieser Technologie gelungen, die Schaffung menschlichen Lebergewebes zu zeigen.

Eine weitere Technologie, die wir verwenden, ist Drucken. Das ist ein typischer Tintenstrahldrucker. Aber anstelle von Tinte benutzen wir Zellen. Man kann hier den Druckkopf sehen, wie er durchläuft und die Struktur druckt. Der Druckvorgang für diese Struktur dauert etwa 40 Minuten Hier ist ein 3D-Heber, der Schicht für Schicht nach unten geht, sobald der Druckkopf durchkommt. Zum guten Schluss kommt dabei diese Struktur heraus. Man kann sie aus dem Drucker nehmen und implantieren. Hier sehen Sie ein Stück Knochen, der mit einem Drucker angefertigt und dann implantiert wurde, wie Sie hier sehen. Mit dieser Technologie haben wir einen völlig neuen Knochen implantiert.

Wir schauen uns jetzt eine weitere, fortgeschrittene Technologie an. Unsere Technologie der nächsten Generation sind weiterentwickelte Drucker. Mit diesem Drucker, den wir jetzt entwickeln, können wir direkt auf den Patienten drucken. Hier sehen Sie – Ich weiß, es klingt verrückt, aber so läuft es nun mal. Was wir wirklich wollen ist einen verwundeten Patienten im Bett und einen Scanner, einfach einen Flachbrettscanner. Den sehen Sie hier rechts. Diese Scannertechnologie, scannt zuerst die Wunde des Patienten, kommt dann mit den Druckköpfen zurück und die benötigten Schichten werden direkt am Patienten druckt.

So funktioniert das. Hier läuft der Scanner und scannt die Wunde. Danach sendet er die Informationen zu den korrekten Zellschichten, wo sie hingehören. Und hier sehen Sie eine Demonstration dieser Technologie bei einer repräsentativen Wunde. Wir tun das mit einem Gel, und damit man das Material anfassen. Sind die Zellen erst einmal im Patienten, werden sie bleiben, wo sie hingehören. Allerdings befindet sich diese neue Technologie noch im Entwicklungsstadium.

Wir arbeiten heute mit weiterentwickelten Druckern. Denn in Wirklichkeit sind die soliden Organe unsere größte Herausforderung. Ich weiß nicht, ob Ihnen das bewusst ist, aber 90 Prozent auf der Warteliste für ein Transplantat warten auf eine Niere. Jeden Tag sterben Patienten, weil nicht genügend dieser Organe im Umlauf sind. Das ist die Herausforderung – ^ jeder Menge Blutgefäßen und jeder Menge Zellen. Hier verwenden wir die folgende Strategie – Das ist ein CT-Scan, eine Röntgenaufnahme – wir durchlaufen Schicht für Schicht unter Verwendung morphometrischer Bildanalyse und 3D-Rekonstruktion, um genau bei den Nieren des Patienten zu landen. Wir können sie dann abbilden und um 360 Grad wenden und so die Niere in all ihren volumetrischen Eigenschaften analysieren. Dann können wir diese Informationen einfach nehmen und dann per computergestütztem Drucken scannen. Wir gehen das Organ Schicht für Schicht durch, analysieren dabei jede Schicht, dann können wir die Information, wie Sie hier sehen, durch den Computer senden und für den Patienten das Organ kreieren. Hier sehen wir den Drucker und hier den eigentlichen Druckvorgang.

Hier haben wir genau den Drucker. Während wir heute geredet haben, sehen Sie hier den Drucker hinter der Bühne. Der Drucker, den Sie hier sehen, hat diese Nierenstruktur gedruckt, die ich Ihnen vorher gezeigt habe. Das Drucken einer Niere dauert etwa sieben Stunden, dieser Vorgan dauert bis jetzt etwa drei Stunden. Hier kommt Dr. Kang auf die Bühne. Wir werden Ihnen jetzt tatsächlich eine dieser Nieren zeigen, die wir heute gedruckt haben. Ich zieh nur die Handschuhe über. Vielen Dank. Rückwärts. Diese Handschuhe sind etwas klein, aber da haben wir's. Hier sehen Sie die Niere, die heute gedruckt wurde.

(Applaus)

So wird das das ganze etwas greifbarer. Das ist Dr. Kang, der bei diesem Projekt mitarbeitet und zu unserem Team gehört. Vielen Dank, Dr. Kang. Danke,

(Applaus)

Das ist die neue Generation. Hier auf der Bühne sehen Sie den Drucker. Das ist die neue Technologie, an der wir arbeiten. Dabei blicken wir schon auf eine lange Geschichte zurück. Ich werde ihnen ein Video vorspielen über Technologie, die wir seit einiger Zeit bei Patienten verwenden.

Es ist ein ganz kurzes Video – nur etwa 30 Sekunden – von einem Patienten, der ein Organ erhalten hatte.

(Video) Luke Massella: Ich war wirklich krank. Ich konnte kaum aufstehen. Ich konnte nicht regelmäßig zur Schule. Mir ging's einfach dreckig. In der Pause konnte ich nicht draußen Basketball spielen ohne, dass ich dachte, ich breche bei meiner Rückkehr zusammen. Mir ging's so schlecht. Ich hatte lebenslängliche Dialyse vor mir, ich will mir nicht mal vorstellen, wie es wäre, wenn ich so leben müsste. Nach der Operation verbesserte sich mein Leben. Ich konnte mehr tun. In der Schule konnte ich ringen. Ich wurde Teamkapitän, und das war klasse. Ich konnte mit meinen Freunden ein ganz normales Kind sein. Und weil sie für diese Blase meine eigenen Zellen benutzt haben, bleibt sie bei mir. Ich habe sie ein Leben lang, damit ist bei mir alles klar.

(Applaus)

Juan Enriquez: Solche Experimente funktionieren manchmal, und das ist richtig cool.. Luke, komm bitte herauf.

(Applaus)

Also, Luke, wann hast Du Tony vor gestern Abend zuletzt gesehen?

LM: Vor 10 Jahren bei meiner Operation – Es ist einfach toll, ihn wieder zu sehen.

(Lachen)

(Applaus)

JE: Erzähl uns, was du so treibst.

LM: Im Moment besuche ich die Uni in Connecticut. Ich studiere im zweiten Jahr Kommunikation, Fernsehen und Massenmedien. Im Grunde versuche ich ein ganz normales Leben. Das wollte ich immer als Kind. Aber das war schwierig, weil ich mit Spina Bifida geboren wurde und Nieren und Blase nicht funktionierten. Ich hatte etwa 16 Operationen und es kam mir unmöglich vor, als ich mit 10 Jahren Nierenversagen hatte. Dann kam diese Operationsmöglichkeit, sie machte mich zu dem, der ich heute bin. Sie rettete mein Leben.

(Applaus)

JE: Und hat Tony davon hunderte durchgeführt?

LM: Ich glaube, Tony arbeitet ganz schön hart in seinem Labor und kommt mit diesem verrückten Kram an. Ich war einer der ersten 10 Menschen, die diese Operation hatten. Mit 10 Jahren war mir nicht klar, wie wunderbar das ist. Ich war ein Kind, ich sagte so was wie "Ja, das will ich. Ich will diese Operation. (Lachen) Ich wollte einfach nur gesund werden, mir war nicht klar, wie wunderbar das war, bis ich älter wurde und diese wunderbaren Sachen sehe, die Tony macht.

JE: Als du plötzlich diesen Anruf bekommen hast – Tony ist ganz schön schüchtern; es brauchte Überzeugungsarbeit, jemand so bescheidenen wie Tony dazu zu bringen, dass wir Luke vorbeibringen durften. Nun, Luke, du bis also zu deinen Professoren gegangen – du studierst Kommunikation im Hauptfach – und hast geben, dass du zu TED gehen kannst, was ein kleines bisschen mit Kommunikation zu tun hat, wie haben sie reagiert?

LM: Die meisten Professoren waren dafür und sagten: "Bring Bilder und und zeig mir die Videos im Netz", oder "Das ist schön." Einige waren etwas störrisch, ich musste mit ihnen reden Ich nahm sie zur Seite.

JE: Nun, ich freue mich, deine Bekanntschaft zu machen. Ich danke dir vielmals. (LM: Ich danke Dir.)

JE: Danke Tony.

(Applaus)