Anthony Atala: Stampare un rene umano

Oggigiorno assistiamo a una seria crisi sanitaria nel campo della donazione di organi. Il fatto è che viviamo più a lungo. La medicina ha fatto un ottimo lavoro per aumentare la durata della vita. Ma il problema è che, con l'invecchiamento, i nostri organi tendono a deteriorarsi di più. E così oggi non disponiamo di organi a sufficienza. Infatti negli ultimi 10 anni il numero di pazienti che necessitano trapianti è raddoppiato, mentre, al contempo il numero totale di trapianti effettuati è salito di pochissimo. Assistiamo dunque a una crisi della sanità pubblica.

Ma è qui che entra in ballo questo settore che chiamiamo della medicina rigenerativa. E' qualcosa che copre diverse aree. Si può far uso di impalcature, di biomateriali -- sono come parti di indumenti -- di materiali specifici che si possono impiantare nei pazienti che funzionano bene e favoriscono la rigenerazione spontanea. O possiamo usare cellule singole, prelevate dai propri tessuti oppure da colture di cellule staminali. O usarli entrambi; possiamo effettivamente usare biomateriali e cellule insieme. Ecco di cosa si interessa questo settore.

Ma non è un campo del tutto nuovo. E' interessante leggere questo libro pubblicato nel 1938. Si intitola "La coltura di organi." Il suo autore primario, Alexis Carrel, aveva vinto un Premio Nobel. Egli aveva di fatto concepito alcune delle stesse tecnologie usate oggi per suturare i vasi sanguigni. E alcune delle graffette usate oggi per la sutura sono state disegnate proprio da Alexis. Ma guardate chi è il co-autore del libro: Charles Lindbergh. Lo stesso Lindberg che ha trascorso il resto della vita collaborando con Alexis nell'Istituto Rockefeller di New York nel settore della coltura di organi.

Ma allora se questo settore esiste da tanto, perché si è progredito così poco? A causa di problematiche diverse. Se dovessi indicarne tre, la prima è il disegno di materiali biocompatibili che abbiano prestazioni buone e durature. Con la tecnologia disponibile oggi è possibile realizzarli rapidamente. La seconda problematica riguardava le cellule. Non era possibile prelevare un numero sufficiente di cellule per la coltura. Ma negli ultimi 20 anni ci siamo riusciti. Molti scienziati oggi possono coltivare diversi tipi di cellule -- e poi ci sono le staminali. Ma perfino ora, nel 2011, ci sono cellule che non è possibile coltivare. Le cellule del fegato, dei nervi e del pancreas -- non si possono far crescere nemmeno oggi. La terza problematica è la vascolarizzazione, la quantità di sangue necessaria alla sopravvivenza degli organi e dei tessuti dopo che li abbiamo rigenerati.

Oggi possiamo far uso di biomateriali. Questo è un biomateriale. Possiamo intrecciarlo, tesserlo, o farne oggetti come questi. Questa è una specie di macchina per lo zucchero filato. Avete visto il liquido che veniva nebulizzato. Succede come per le fibre dello zucchero filato che creano una struttura tubolare, come questa, fatta di un biomateriale che possiamo utilizzare per aiutare il corpo a rigenerare tessuti facendo ricorso alle proprie cellule. Esattamente ciò che abbiamo fatto qui.

Questo è un paziente che aveva un organo non funzionante; abbiamo creato uno di questi biomateriali intelligenti e l'abbiamo utilizzato per sostituire e riparare la struttura originaria del paziente. Abbiamo, di fatto, usato il biomateriale come un ponte che permettesse alle cellule dell'organo, per così dire, di camminarci sopra e riempire le parti mancanti per rigenerare quel tessuto. Questa è la situazione sei mesi dopo, una radiografia mostra il tessuto rigenerato, completamente rigenerato, come si vede al microscopio. Possiamo anche usare le singole cellule. Queste sono le cellule che abbiamo ottenuto. Sono cellule staminali che preleviamo da zone specifiche, che possiamo trasformare in cellule cardiache. E cominciano a pulsare già in coltura. Dunque sanno qual è il loro compito. Lo sanno geneticamente, e cominciano a pulsare tutte insieme. Oggi molti studi sperimentali fanno uso di diversi tipi di staminali per le cardiopatie. E si stanno già usando sui pazienti.

Oppure se usiamo strutture più grandi per sostituire strutture altrettanto grandi, possiamo usare le cellule del paziente stesso, o qualche coltura di cellule in abbinamento ai biomateriali e alle impalcature. Ecco il concetto: se un organo è morto o danneggiato, prendiamo una piccola parte del tessuto, grande come la metà di un francobollo. Quindi separiamo le cellule e le facciamo crescere al di fuori del corpo. Poi prendiamo un'impalcatura, un biomateriale che è molto simile a un pezzo di tessuto di abbigliamento. Quindi diamo forma a questo materiale e usiamo le cellule per codificare il materiale, strato dopo strato -- proprio come si prepara una torta a più strati. Poi mettiamo il tutto in un apparecchio simile a un forno in modo da consolidare questa struttura, che viene poi sfornata. Questa è una valvola cardiaca che abbiamo costruito in questo modo. Qui vedete la struttura della valvola in cui abbiamo disseminato le cellule, e la attiviamo. Vedete le foglioline aprirsi e chiudersi -- di questa valvola cardiaca che viene usata in esperimenti per poterne proseguire lo studio.

Un'altra tecnologia che abbiamo usato con alcuni pazienti riguarda la vescica. Preleviamo un piccolo lembo della vescica del paziente -- più piccola di un francobollo. Poi mettiamo le cellule in coltura, quindi prendiamo la struttura e la rivestiamo con le cellule -- quelle del paziente, cellule di due tipi. Infine mettiamo tutto nel nostro forno. Riproduce le stesse condizioni del corpo umano -- 35 gradi centigradi e 95 percento di ossigeno. Qualche settimana dopo si forma un nuovo organo che possiamo reimpiantare nel paziente. Per questi pazienti non facciamo altro che suturare questi materiali. Usiamo l'analisi di immagini tridimensionale, ma di fatto abbiamo creato questi biomateriali a mano.

Ora però abbiamo sistemi migliori per creare queste strutture. Facciamo uso di alcune tecnologie con cui, per organi solidi come, ad esempio, il fegato, utilizziamo fegati che altrimenti verrebbero smaltiti. Come sapete, molti organi restano inutilizzati e vengono quindi smaltiti. Perciò prendiamo queste strutture epatiche, altrimenti inutilizzate, e le mettiamo in una specie di lavatrice per lavarne via le cellule. Due settimane dopo avrete qualcosa che assomiglia a un fegato. Vi può sembrare un fegato ma non vi sono cellule; è solo l'impalcatura di un fegato. A questo punto possiamo inserire le cellule nel fegato conservando le ramificazioni dei vasi sanguigni. Quindi dapprima irroriamo i vasi sanguigni con le cellule dei vasi del paziente, poi infiltriamo nel parenchima le cellule epatiche. Vi abbiamo appena mostrato la creazione di tessuto epatico umano che ha avuto luogo il mese scorso usando questa tecnologia.

Un'altra tecnologia che abbiamo usato è quella della stampa. Qui abbiamo una stampante da tavolo a inchiostro, ma anziché usare inchiostro usiamo cellule. Qui potete vedere la testina di stampa mentre costruisce questa struttura. Ci impiega circa 40 minuti per completarla. Ed ecco un elevatore 3D che solleva uno strato alla volta dopo che è passata la testina di stampa. Infine abbiamo la struttura completa. Basta toglierla dalla stampante e impiantarla. Ecco qui un frammento d'osso in questa diapositiva, che è stato creato con la tecnica della stampa e impiantato, come potete vedere. Una parte di osso completamente nuova creata con questa tecnica.

Un'altra tecnologia avanzata che stiamo esaminando adesso, la nuova generazione di tecnologie, e stampanti ancora più sofisticate. Questa in particolare che stiamo progettando ora si usa per creare stampe direttamente sul paziente. Ora quello che vedete qui -- so che è buffo, ma è così che funziona. Perché in realtà, basta semplicemente lasciare il paziente con la ferita nel suo letto e usare uno scanner, simile a quelli da scrivania. Ecco ciò che si vede sulla destra: una tecnologia di scansione che esegue dapprima la scansione sul paziente, e poi usa le testine di stampa per creare gli strati di cellule direttamente sulla lesione del paziente.

Ecco come funziona. Qui lo scanner passa sulla lesione. Appena terminato invia le informazioni agli strati di cellule che ne hanno bisogno. Qui potete vederne una dimostrazione su una lesione appositamente creata. E possiamo usare un gel così che si possa sollevare lo strato di gel. Una volta disposte le cellule sul paziente queste andranno a collocarsi nei posti giusti. Si tratta di una nuova tecnologia ancora in fase di sviluppo.

Ma stiamo lavorando a stampanti ancora più sofisticate. Perché in realtà la nostra sfida maggiore sono gli organi solidi. Non so se ve ne rendete conto, ma il 90 percento dei pazienti in lista per un trapianto sono pazienti in attesa di un rene. Ogni anno muoiono pazienti perché non disponiamo di un numero sufficiente di organi. Questo è ancora più complesso -- un organo grande, vascolarizzato, con molti vasi sanguigni e un mucchio di cellule. La strategia che vogliamo usare -- si tratta di una TAC, di una radiografia -- è andare di strato in strato usando l'analisi computerizzata per immagini morfometriche e la ricostruzione 3D per avere un'immagine dei reni del paziente. E così siamo in grado di usare queste immagini e ruotarle di 360 gradi per analizzare i reni con le loro caratteristiche volumetriche, dopodiché siamo in grado di usare queste informazioni per eseguire scansioni e relativa stampa computerizzata. Procediamo strato per strato e li analizziamo fino a completare la scansione dell'organo. Alla fine siamo in grado di inviare queste informazioni, come vedete, attraverso il computer per effettuare il disegno dell'organo per il paziente. Qui vediamo la stampante usata. E qui come avviene la stampa.

Ecco, abbiamo usato questa stampante. Mentre siamo stati qui a parlare questa stampante ha lavorato dietro le quinte. Eccola qui adesso. ha stampato la struttura renale che vedete qui. Ci vogliono circa sette ore per stampare un rene, e finora ha stampato per tre ore. Ora il Dott. Kang salirà sul palco e vi mostreremo uno dei reni che abbiamo stampato questa mattina. Ora indosso dei guanti. Grazie. Puoi andare. Questi guanti sono un po' piccoli per me, ma eccolo qui. Potete vedere il rene che è stato stampato oggi.

(Applauso)

Ha una certa consistenza. Il Dott.Kang ha partecipato a questo progetto e fa parte della nostra squadra. Grazie, Dott. Kang. Le sono grato.

(Applauso)

Dunque qui abbiamo una nuova generazione. Questa è la stampante che avete visto sul palco. E questa è la tecnologia a cui stiamo lavorando ora. In realtà ci stiamo lavorando da un bel po'. Ora vi farò vedere un filmato sulla tecnologia usata su pazienti da un po' di tempo a questa parte.

E' un filmato molto breve -- circa 30 secondi -- di un paziente a cui è stato impiantato un organo.

(Video) Luke Massella: Stavo veramente male. Potevo a malapena scendere dal letto. Non potevo andare a scuola. Versavo in uno stato pietoso. Non potevo andar fuori a ricreazione e giocare a basket senza avvertire un senso di svenimento quando rientravo. Stavo così male. Avevo davanti a me una vita da dializzato, e non voglio nemmeno pensare a come sarebbe stata la mia vita con la dialisi. Dopo essere stato operato la mia vita è migliorata. Ero in grado di fare più cose. Al liceo ho potuto fare wrestling. Sono diventato capitano della squadra, ed è stato fantastico. Con i miei amici mi sentivo un ragazzo normale. E dal momento che hanno usato le mie cellule per costruire la vescica, questa resterà con me. Ce l'avrò per tutta la vita, sono a posto.

(Applauso)

Juan Enriquez: Questi esperimenti a volte funzionano, e allora è fantastico. Luke, vieni qui per piacere.

(Applauso)

Allora Luke. prima di ieri sera, da quanto tempo non vedevi Tony?

LM: da 10 anni, da quando mi sono operato -- ed è stato veramente bello rivederlo.

(Risate)

(Applauso)

JE: Raccontaci qualcosa di quello che fai.

LM: Beh ora sono al college all'Università del Connecticut. Sono uno studente al secondo anno del corso di comunicazione, TV e mass media. Sto cercando di vivere come un ragazzo normale, come ho sempre desiderato. Ma è difficile riuscirci quando nasci con la spina bifida e con reni e vescica che non funzionano. Ho subito circa 16 interventi, e mi sembrava impossibile riuscirci avendo avuto problemi renali dall'età di 10 anni. E poi c'è stata questa operazione che mi ha reso quello che sono oggi e ha salvato la mia vita.

(Applauso)

JE: E Tony ne ha fatte a centinaia?

LM: Per quanto ne so, lavora veramente sodo nel suo laboratorio e inventa cose incredibili. So di essere stato uno dei 10 che hanno subito questo intervento. E avendo solo 10 anni non mi rendevo conto della sua eccezionalità. Ero un bambino, e mi dicevo, "Oh sì, la voglio. Voglio quell'operazione." (Risate) Tutto quello che volevo era stare meglio, e non mi rendevo conto di questa cosa incredibile finché non sono cresciuto e visto le cose meravigliose che sta facendo.

JE: Quando hai ricevuto questa convocazione inattesa -- Tony è molto timido, e ci è voluto un bel po' per convincere una persona modesta come Tony a portarci Luke. Allora Luke, sei andato dai tuoi insegnanti di comunicazione -- perché hai scelto questa specialità -- e hai chiesto loro il permesso per partecipare a TED, che forse ha poco a che vedere con la tua materia, e qual è stata la loro reazione?

LM: Quasi tutti erano d'accordo, e mi hanno detto, "Portaci le foto e facci vedere i video on line," e "Sono contento per te." Un paio però erano duri da convincere e così gli ho dovuto parlare. Li ho chiamati da parte.

JE: Beh, conoscerti è stato un onore e un privilegio. Tante tante grazie (LM: Molte grazie.)

JE: Grazie Tony.

(Applausi)