Anthony Atala: Printanje ljudskog bubrega

Živimo u dobu velike zdravstvene krize u smislu nedostatka organa. Činjenica je kako živimo duže. Medicina je učinila jako puno produživši naš životni vijek, i problem nastaje, kada starimo, naši organi propadaju, i trenutno nema dovoljno organa. U stvari, u posljednjih 10 godina, broj zahtjeva za transplantaciju organa se udvostručio, dok se u isto vrijeme, trenutni broj transplantacijskih postupaka minorno povećao. Trenutno je to javna zdravstvena kriza.

Dakle, u ovo područje ulazi ono što nazivamo područje obnovljive medicine. Ono doista uključuje mnoga različita područja. Možemo koristiti, zapravo, premosnice, biološke materijale -- koji su kao dijelovi vaše košulje ili majice -- ali specijalni materijali koje zapravo možete presaditi pacijentu koji će biti prihvatljivi i pomoći u obnavljanju. Ili možemo upotrijebiti samo stanice, također vaše vlastite stanice ili različite kulture matičnih stanica. Ili možemo upotrijebiti obje vrste stanica. Možemo upotrijebiti, biološke materijale i stanice, zajedno. I na toj je razini ovo područje danas.

Ali to uopće nije novo područje. Zanimljivost je, ovo je knjiga koja je objavljena davne 1938. godine. Pod nazivom ''Kultura organa" Prvi autor, Alexis Carrel, dobitnik je Nobelove nagrade. On je ustvari upotrijebio neke od ovih tehnologija koje koristimo danas pri šivanju krvnih žila, i neke za presađivanje krvnih žila, a kojima se također danas koristimo, je ustvari izumio Alexis. Ali ovdje želim istaknuti njegovog koautora: Charles Lindbergha. To je isti onaj Charles Linbergh koji je uložio svoj život radeći sa Alexisom kroz Rockefeller Institute u New York-u. na području kulture organa.

Dakle, ako je ovo područje poznato tako dugo, zašto ima tako malo kliničkog napretka. I to je doista povezano s mnogim različitim izazovima. Ali bih naglasio tri glavna izazova, prvi se odnosi na vrstu materijala koji se može presaditi u tijelo i koji će funkcionirati cijelo vrijeme. Za sada napredujemo, i činimo to prilično lako. Drugi veliki izazov su stanice. Nismo mogli uzgojiti dovoljno vaših stanica izvan tijela. U posljednjih 20 godina, gotovo smo to riješili. Mnogi znanstvenici su sada u mogućnosti uzgojiti mnoštvo različitih tipova stanica. Dodatno imamo i matične stanice. Ali čak i sada, 2011. godine, postoje određene stanice pacijenata koje ne možemo uzgojiti. Jetrene stanice, živčane stanice, stanice gušterače još uvijek ih nismo u mogućnosti uzgojiti. I treći veliki izazov je prokrvljenost, vaskularizacija, odnosno opskrba krvlju koja bi omogućila organima ili tkivima opstanak u trenutku kada ih obnovimo.

Dakle, danas upotrebljavamo biološke materijale. Ovo je biološki materijal. Možemo ga savijati, ispreplitati, ili učiniti s njim kao što vidite ovdje. Ovo je kao aparat za izradu šećerne vune. Vidite kako raspršena tekućina ulazi. Izgleda kao vlakna šećerne vune tvoreći ovu strukturu, u obliku tube, koja je biološki materijal koji možemo upotrijebiti kako bismo pomogli tijelu u obavljanju koristeći pri tome vaše vlastite stanice. I upravo smo to i učinili.

Ovo je pacijent s odumrlim organom, i tada smo izradili jedan od ovih pametnih bioloških materijala, koji smo upotrijebili za zamjenu i obnavljanje pacijentove strukture. Ono što smo učinili jest upotreba biološkog materijala kao mosta kako bi stanice organa mogle prelaziti taj most, ako želite, i pomoći u premošćivanju tog rascjepa kako bi obnovile tkivo. I vidite tog pacijenta šest mjeseci kasnije gdje RTG snimka prikazuje tkivo, koje je potpuno obnovljeno što se potvrdilo mikroskopskom analizom. Također, možemo upotrijebiti, samo stanice. Ovo su stanice koje smo dobili. To su matične stanice koje smo stvorili iz različitih izvora, i možemo ih usmjeriti kako bi postale srčane stanice, koje su počele otkucavati unutar kulture. One znaju što trebaju činiti. Stanice genetski znaju što trebaju činiti, i počele su otkucavati zajedno. Danas, mnoge kliničke studije upotrebljavaju različite vrste matičnih stanica za srčana oboljenja. Dakle, to se danas koristi.

Ili ako upotrebljavamo veće strukture za zamjenu većih struktura, koristimo pacijentove vlastite stanice, ili neku drugu vrtu stanica, i biološke materijale, zajedno s premosnicama. Princip je slijedeći: ukoliko imate odumrli ili ozlijeđen organ, uzimamo vrlo male djelove tog tkiva, manje od polovice veličine poštanske marke. Tada razdijelimo stanice na vrste, i uzgojimo ih izvan tijela. Onda upotrijebimo prijemosnice, biološke materijale, ponovno, izgleda slično kao djelić vaše košulje ili majice, onda smo uobličili materijal, i upotrijebili smo stanice kako bismo prekrili materijal sloj po sloj, nalik na pečenje kolača u slojevima, ako želite. Smjestili smo ih u uređaj, nalik na pećnicu, i stvorili smo strukturu i izvadili ju van. Ovo je u stvari srčani zalistak koji smo načinili, i možete vidjeti ovdje, imamo strukturu srčanog zaliska i prekrili smo ga stanicama, i onda smo ga rastezali. Vidite valvule koje se otvaraju i zatvaraju, ovog srčanog zaliska koji se upotrebljava pokusno za buduća istraživanja.

Druga tehnologija koju smo upotrebljavali na pacijentima uključuje mokračni mjehur. Uzeli smo male djelove pacijentovog mokračnog mjehura manje od polovice veličine poštanske marke. Tada smo stanice uzgojili izvan tijela, uzeli premosnice, prekrili ih stanicama, vlastitim pacijentovim stanicama, s dvije različite vrste. Stavili ih u uređaj poput pećnice. Ima iste uvjete kao ljudsko tijelo -- 37 stupnjeva celzijusovih, 95 posto kisika. Nekoliko tjedana kasnije, imate proizveden organ koji smo u mogućnosti presaditi pacijentu. Za ove pacijente, ustvari smo načinili ove materijale. Koristili smo trodimenzionalnu analizu, ali smo materijale izradili ručno.

Sada imamo bolji način za napraviti ove strukture sa stanicama. Sada upotrebljavamo drugu tehnologiju, za solidne organe, na primjer, za jetru, uzimamo odumrlu jetru. Kao što znate, većina organa je ustvari odumrla, nije upotrebljiva. Dakle, uzimamo ovu jetrenu strukturu, koja je neupotrebljiva, i stavljamo ju u uređaj poput perilice koja će isprati stanice. Dva tjedna kasnije, imamo nešto nalik strukturi jetre. To je ustvari jetra, ali bez stanica; samo kostur jetre. I tada možemo ponovno prožeti jetru stanicama čuvajući pri tome krvožilnu strukturu. Dakle, prvo prožimamo krvožilnu strukturu s pacijentovim vlastitim krvožilnim stanicama, tada usađujemo jetreni parenhim s jetrenim stanicama. I sada smo u mogućnosti prikazati stvaranje tkiva ljudske jetre proteklih nekoliko mjeseci koristeći ovu tehnologiju.

Druga tehnologija koju smo koristili je ustvari printanje. Ovo je stolni tintni printer, ali umjesto tinte, koristimo stanice. I ovdje ustvari možete vidjeti glavu printera kako printajući izgrađuje ovu strukturu, i potrebno je otprilike oko 40 minuta za printanje ove strukture. A ovo je 3D podizač koji ustvari stvara strukturu u slojevima svaki put kada glava printera prođe. I naposljetku dobivate gotovu strukturu. Izvadite strukturu iz printera i presadite ju. Ovo je dio kosti koji ću vam pokazati na ovoj slici koja je stvoren s ovim stolnim printerom i presađena kao što vidite ovdje. To je bila posve nova kost koja je presađena tako da smo koristili ovu tehnologiju.

Druga, naprednija tehnolgija koju trenutno razvijamo, naša slijedeća generacija tehnologije, jesu sofisticiraniji printeri. Ovaj poseban printer koji izrađujemo sada je onaj kojim printamo izravno na pacijentu. Ono što vidite ovdje, znam kako zvuči neobično, ali na ovaj način to funkcionira. Jer u stvarnosti, što želimo postići kada imate pacijenta u krevetu s ranom, uzmete čitač, u osnovi kao plošni čitač. To možete vidjeti ovdje s desne strane. Vidite tehnologiju čitača koji prvo očita pacijentovu ranu i tada izrađuje glavu printera koja printa slojeve točno onako kako pristaje na samog pacijenta.

Ovako to funkcionira. Ovdje čitač prelazi preko, očitavajući ranu. Jedanput kada skenira, šalje informacije o točnim slojevima stanica koje nedostaju. I sada ovdje vidite prikaz kako to funkcionira na ovoj pokaznoj rani. I to radimo s gelom tako da možete podizati materijale od gela. Kada su ove stanice jedanput na pacijentu one će se prilijepiti točno tamo gdje trebaju biti. I ovo je nova tehnologija koju još razvijamo.

Također radimo na još sofisticiranijoj tehnologiji printera. Jer u stvarnosti, naš najveći izazov su solidni organi. Ne znam jeste li svjesni činjenice, kako 90 posto pacijenata s transplantacijske liste čeka bubreg. Pacijenti umiru svaki dan jer nemamo dovoljno solidnih organa za presađivanje. Dakle ima više izazova veliki organi, krvne žile, s mnoštvom krvnih žila koje ih opskrbljuju, s monoštvom stanica. Strategija je slijedeća ovo je CT skener, sa X-zrakama i idemo sloj po sloj, koristeći računalni morfološki slikovni prikaz i 3D prikaz kako bismo dobili pacijentov vlastiti bubreg. U mogućnosti smo to slikovito vidjeti, rotirati za 360 stupnjeva analizirati bubreg sa svim njegovim anatomsko-fiziološkim karakteristikama, i tada smo u mogućnosti upotrijebiti ovako dobivene informacije očitati ih i printati u kompjuteriziranom obliku. Činimo to sloj po sloj kroz organ, analizirajući svaki sloj kako prelazimo organ, i tada šaljemo informacije, kao što vidite ovdje, putem računala i stvarno stvaramo organ za pacijenta. Ovdje je prikazan printer. I ovdje je prikazano printanje.

U stvari, imamo printer upravo ovdje. Dok smo razgovarali danas, vidite printer ovdje iza govornice. Ovo je upravo taj printer sada, i printa strukturu bubrega kao što možete vidjeti. Potrebno je otprilike sedam sati za printanje bubrega, a ovo je isprintano za otprilike tri sata do sada. Dr. Kang je otišao sada iza govornice, i pokazat ćemo vam jedan od ovih bubrega koje smo isprintali danas malo ranije. Stavit ću rukavice. Hvala. Vratimo se unatrag. Dakle, ove su mi rukavice male, ali evo nas. Vidite bubreg koji smo isprinali danas.

(Pljesak)

Vidite čvrstoću. Ovo je Dr. Kang koji radi s nama na ovom projektu kao član tima. Hvala vam, Dr. Kang. Cjenim to.

(Pljesak)

Ovo je nova generacija. Ovo je printer kakav možete vidjeti ovdje iza govornice. I ovo je nova tehnologija na kojoj trenutno radimo. U stvarnosti, sada već imamo dugu povijest. Pokazat ću vam film u svijetlu tehnologije koju koristimo na pacijentima već neko vrijeme.

Ovo je zaista kratak film samo 30-ak sekundi s pacijentom koji je primio takav organ.

(Film) Luke Massella: Bio sam jako bolestan. Jedva sam se mogao dići iz kreveta. Izostajao sam iz škole. Bilo je to doista teško. Nisam mogao izlaziti van i igrati košarku za vrijeme odmora bez osjećaja potpune iscrpljenosti kada se vratim. Osjećao sam se jako bolesno. Suočio sam se s dijalizom, i ne želim uopće pomišljati kako bi moj život izgledao na taj način. Nakon operacije, život je postao puno bolji. Mogao sam raditi mnoge stvari. Bio sam u stanju hrvati se u srednjoj školi. Postao sam kapetan momčadi, i to je bilo fantastično. Postao sam normalno dijete kao moji prijatelji. I zato što su koristili moje vlastite stanice za izgradnju mog mokračnog mjehura postao je dio mene. Dobio sam ga za cijeli život, sada sam potpun.

(Pljesak)

Juan Enriquez: Ovaj pokus ponekad uspije, I doista je prekrasno kada uspije. Luke, molim te dođi gore.

(Pljesak)

Dakle Luke, osim sinoć, kada si zadnji put vidio Tony-ja.

LM: Prije deset godina, na operaciji i doista je predivno vidjeti ga.

(Smijeh)

(Pljesak)

JE: Reci nam malo o tome što sada radiš.

LM: Sada studiram na University of Connecticut. Student sam komunikacija, televizijskih i masovnih medija, i ustvari trudim se živjeti normalan život, koji sam oduvijek želio u djetinstvu. Ali to je bilo teško kada sam rođen s deformitetom (spina bifida) i moji bubrezi i mokračni mjehur nisu funkcionirali. Prošao sam kroz 16 operacija, i čini se nestvarnim kada imate bubrežnih poteškoća sa 10 godina. I onda je došla ova operacija i učinila me ovakvim kakav sam danas i spasila moj život.

(Pljesak)

JE: A Tony je učinio stotine ovakvih?

LM: Ono što ja znam, on doista naporno radi u svom laboratoriju i čini ove lude stvari. Znam kako sam jedan od prvih deset osoba koje su imale ovakvu operaciju. I kada sam imao 10 godina, stvarno nisam shvaćao kako je ovo nevjerovatno. Bio sam dječak, i to je bilo ovako, "To. Imao sam ju. Imao sam tu operaciju." (Smijeh) Sve ono što sam želi jest da mi bude bolje, i nisam shvaćao kako je to sve nevjerovatno dok nisam odrastao i shvatio ove nevjerovatne stvari koje on radi.

JE: Kada si dobio ovaj poziv -- Tony je doista sramežljiv, i trebalo je dosta uvjeravanja za pridobiti nekoga tako skromnog kao Tony da nam dopusti da pozovemo Luke-a. Dakle Luke, otišao si svojim profesorima s komunikacija -- ti se usmjeravaš u komunikacije -- i zatražio si ih dozvolu za dolazak na TED, što ima i vrlo malo veze s komunikacijama, koja je bila njihova reakcija?

LM: Većina mojih profesora je bila suglasna, i rekli su, "Donesi slike i pokaži nam film online," I bit ćemo sretni zbog tebe." Bilo ih je nekoliko koji su bili malo tvrdolglavi, ali sam razgovarao s njima. Nisam se obazirao.

JE: Dakle, čast mi je i zadovoljstvo upoznati te. Hvala ti puno. (LM: Hvala vam puno.)

JE: Hvala ti, Tony.

(Pljesak)