Anthony Atala apie naujų organų auginimą

Tai yra paveikslas, kabantis Countway bibliotekoje, Harward medicinos mokykloje. Jame vaizduojamas pirmasis pasaulyje organo persodinimas. Priekyje matote Joe Murray, ruošiantį pacientą persodinimui, o kitame kambaryje matote Hartwell Harrison, Harward urologijos skyriaus vedėją, išimantį inkstą. Inkstas buvo pats pirmasis žmogui persodintas organas.

Tai buvo 1954-aisiais, prieš 55 metus. Tačiau mes vis dar susiduriame su daugeliu tų pačių iššūkių, kaip ir prieš daugelį dešimtmečių. Išties didelė pažanga, daug išgelbėtų gyvybių. Bet mums labai trūksta organų. Per paskutinįjį dešimtmetį pacientų, laukiančių persodinimo, skaičius padvigubėjo. Tuo tarpu atliekamų persodinimų skaičius išliko beveik nepakitęs. Tai labai susiję su mūsų senstančia populiacija. Mes tiesiog senėjam. Medicinai vis geriau sekasi išsaugoti musų gyvybes. Bet mums senstant, mūsų organų veikla sparčiai silpnėja.

Tad tai yra iššūkis ne tik organams, bet ir audiniams. Bandymas pakeisti kasą, bandymas pakeisti nervus, galintis padėti sergant Parkinson liga. Tai didžiosios problemos. Štai stulbinanti statistika. Kas 30 sekundžių pacientas miršta nuo ligų, kurias galima išgydyti atkuriant arba pakeičiant audinius. Tad ką mes galime padaryti? Šįvakar kalbėjome apie kamienines ląsteles. Tai vienas iš būdų. Bet dar reikia daug padirbėti, norint perkelti kamienines ląsteles į pacientus tikrai organų terapijai.

Ar gi nebūtų šaunu, jei mūsų kūnai gebėtų regeneruotis? Ar nebūtų puiku, jei galėtume pajungti savo kūno galią ir patys pasigydyti? Išties tai nėra itin svetima mintis; tai vyksta Žemėje kiekvieną dieną. Štai salamandros nuotrauka. Salamandros turi stebėtiną gebėjimą regeneruotis. Štai trumpas filmukas. Čia šios salamandros sužeista galūnė. Čia tikros nuotraukos, padarytos laikui bėgant ir rodančios, kaip ta galūnė atauga per keletą dienų. Matote, kaip susidaro randas. Ir iš rando išauga nauja galūnė.

Salamandros tai sugeba. Kodėl nesugebam mes? Kodėl žmonės negali regeneruotis? Tiesą sakant, galim. Jūsų kūne yra daugybė organų, ir kiekviename iš jų yra populiacija ląstelių, pasiruošusių pakeisti žuvusias susižeidus. Tai vyksta kiekvieną dieną. Jums senstant, jūsų kaulai atsinaujina kas 10 metų. Jūsų oda atsinaujina kas dvi savaites. Taigi jūsų kūnas nuolat regeneruojasi. Iššūkis atsiranda susižeidus. Susižeidus ar susirgus, pirmoji organizmo reakcija yra izoliuotis nuo likusio kūno. Iš esmės jis nori atremti infekciją ir izoliuotis. Ar tai būtų organai jūsų kūne, ar jūsų oda, pirmoji reakcija - randiniu audiniu izoliuotis nuo išorės.

Tad kaip gi galime pažaboti šias galias? Vienas iš būdų - naudoti išmaniąsias biomedžiagas. Kaip tai viekia? Na, kairėje pusėje matote pažeistą šlapimo kanalą. Tai kanalas jungiantis šlapimo pūslę su kūno išore. Ir matote, kad jis pažeistas. Mes išsiaiškinome, kad galima panaudoti išmaniąsias biomedžiagas kaip tiltą. Jei pastatote tokį tiltą ir atskiriate nuo išorės, galite sukurti tiltą, ir ląstelės, atsinaujinančios jūsų kūne, gali keliauti tuo tiltu, eiti tuo keliu.

Būtent tai ir matote čia. Tai - išmanioji biomedžiaga, kurią panaudojome šiam pacientui gydyti. Tai buvo pažeistas šlapimo takas kairėje. Biomedžiagą panaudojome viduryje. Ir, po šešių mėnesių, dešinėje matote šį atsistačiusį šlapimo taką. Pasirodo jūsų kūnas geba atsinaujinti, bet tik nedideliais atstumais. Didžiausias efektyvios regeneracijos atstumas yra tik apie vieną centimetrą. Tad galime naudoti išmaniąsias biomedžiagas, bet ne didesniems nei vieno centimetro tarpams, statyti tiltus.

Taigi mes regeneruojame, bet ribotais atstumais. O ką daryti, kai sužeisti didesni organai? Ką daryti, kai pažeistos struktūros, gerokai didesnės nei vienas centimetras? Tada galima pradėti naudoti ląsteles. Šiuo atveju strategija tokia: jei pacientas ateina pas mus su sergančiu ar sužeistu organu, galima paimti labai mažą audinio gabalėlį iš to organo, mažesnį nei pusė pašto ženklo. Tada galima tą audinį išnarplioti ir pažiūrėti į jo pagrindines sudedamąsias dalis - paties paciento ląsteles. Ląstelės išimamos, auginamos ir dauginamos dideliais kiekiais už kūno ribų ir tada naudojamos karkasinės medžiagos.

Pažiūrėjus plika akimi, jos atrodo kaip skiautė iš jūsų palaidinės ar jūsų marškinių, bet iš tikrųjų šios medžiagos gan sudėtingos ir yra sukurtos taip, kad kūne suirtų. Jos suyra po keleto mėnesių. Jos yra tik ląstelių pernašos priemonė. Ji perkelia ląsteles į kūną. Ji leidžia ląstelėms regeneruoti naują audinį ir, kai audinys yra atgamintas, karkasas pasišalina.

Tai mes ir padarėme su šiuo raumens gabalėliu. Čia pavaizduota dalis raumens ir kaip mes išnaršome sandarą, kad sukurtumėme tą raumenį. Paimame ląsteles, padauginam jas, patalpiname ant karkaso ir įsodinam tą karkasą atgal pacientui. Bet iš tikrųjų, prieš įsodindami karkasą pacientui, mes jį mankštiname. Norim įsitikinti, kad raumuo bus ištreniruotas, kad žinos, ką turi daryti, įsodinus jį pacientui. Tai čia ir matote. Matote, kaip šis raumenų bioreaktorius mankština raumenį pirmyn ir atgal.

Taigi. Čia mes matome plokščias struktūras, raumenis. O kaip kitokios struktūros? Štai sukurta kraujagyslė. Labai panašu į tai, ką ką tik padarėme, tik truputį sudėtingiau. Čia mes imame karkasą, ir paprasčiausiai - karkasas gali būti kaip šis popieriaus lapas. Mes galime šį karkasą susukti į vamzdelį. Norėdami pagaminti kraujagyslę, taikome tą pačią strategiją. Kraujagyslė sudaryta iš dviejų rūšių ląstelių. Imame raumenų ląsteles, jas prilipdome, jomis padengiame išorę, tarsi keputme sluoksniuotą pyragą.

Raumenų ląstelės dedamos išorėje. Kraujagyslės dengiamojo audinio ląsteles dedame viduje. Štai - pilnai apsodintas karkasas. Jį dedame į prietaisą, panašų į orkaitę. Jame yra tokios pačios sąlygos, kaip ir žmogaus kūne: 37 laipsniai Celsijaus, 95 procentai deguonies. Tada jį mankštiname taip, kaip matėte aname įraše.

Dešinėje matote pagamintą miego arteriją. Ši arterija eina nuo jūsų kaklo į smegenis. O šioje rentgeno nuotraukoje matote aiškią, veiklią kraujagyslę. Sudėtingesnės struktūros, tokios, kaip kraujagyslė ar šlapimo takai, kurias jums rodžiau, jos akivaizdžiai sudėtingesnės, nes įvedami du skirtingi ląstelių tipai. Bet jos dažniausiai veikia kaip latakai. Jomis teka skystis ar oras pastoviomis sąlygomis. Bet jos toli gražu ne tokios sudėtingos, kaip tuščiaviduriai organai. Tuščiaviduriai organai žymiai aukštesnio sudėtingumo laipsnio, nes jie turi veikti pagal poreikį.

Vienas tokių organų - šlapimo pūslė. Ta pati strategija, imame labai mažą dalelę pūslės, mažesnę nei pusė pašto ženklo. Tada išardom tą audinį į jo dvi ląstelines sudedamąsias dalis: raumenis ir šias specializuotas pūslės ląsteles. Auginam ląsteles dideliais kiekiais už kūno ribų. Organo ląstelės išauga per maždaug keturias savaites. Tada imame karkasą, kuriam suteikiame pūslės formą. Vidų padengiame šiomis pūslės dengiamojo audinio ląstelėmis. Išorę padengiame šiomis raumenų ląstelėmis. Dedame jį atgal į šį į orkaitę panašų prietaisą. Praėjus šešioms - aštuonioms savaitėms po to, kai paimame audinio gabalėlį, galima organą įsodinti atgal pacientui.

Čia matote karkasą. Medžiaga dengiama ląstelėmis. Atlikdami pirmąjį klinikinį tyrimą su šiais pacientais, mes sukūrėme individualų karkasą kiekvienam pacientui. Pasikvietėme pacientus iki numatytos operacijos likus šešioms - aštuonioms savaitėms, padarėme Rentgeno nuotraukas ir sukonstravom karkasą tiksliai pritaikytą kiekvieno paciento dubens ertmės dydžiui. Antrojoje tyrimų fazėje turėjome pasiruošę skirtingo dydžio karkasus - mažą, vidutinį, didelį ir labai didelį. (Juokas) Tai tiesa. Esu tikras, visi čia norėtų labai didelio. Ar ne? (Juokas)

Tad pūslės yra tikrai truputį sudėtingesnės nei kitos struktūros. Bet yra dar sudėtingesnių tuščiavidurių organų. Štai čia - mūsų sukurtas širdies vožtuvas. Širdies vožtuvui sukonstruoti tinka ta pati strategija. Imame karkasą, jį apsodiname ląstelėmis, ir štai, matote, vožtuvo lapeliai atsidarinėja ir užsidarinėja. Prieš įsodindami, mes juos mankštiname. Ta pati strategija.

O patys sudėtingiausi yra vientisi organai. Vientisi organai yra sudėtingesni, nes reikia gerokai daugiau ląstelių kiekvienam centimetrui. Tai - paprastas vientisas organas - ausis. Dabar įsodinamos kremzlės ląstelės. Štai - į orkaitę panašus prietaisas; po padengimo ausis dedama į jį. Ir po keleto savaičių galima išimti kremzlinį karkasą.

Čia konstruojame pirštus. Jie sluoksniuojami po vieną sluoksnį, pirmiausia - kaulas, tarpus užpildome kremzle. Ir tada pradedame ant viršaus dėti raumenis. Ir imame sluoksniuoti šias vientisas struktūras. Vėlgi, tai ganėtinai sudėtingi organai, bet patys sudėtingiausi vientisi organai yra labai vaskuliarizuoti, t.y. tankiai išraizgyti galybės kraujagyslių. Organai tokie kaip širdis, kepenys, inkstai. Štai pavyzdys - keletas strategijų, kaip konstruoti vientisus organus.

Tai viena iš jų. Naudojame spausdintuvą. O vietoje rašalo naudojame - matėte rašalo kasetę - tiesiog naudojame ląsteles. Tai įprastas stalinis spausdintuvas. Jis spausdina šią dviertmę širdį po vieną sluoknį. Matote, kaip randasi širdis. Spausdinimas užtrunka apie 40 minučių, ir po maždaug keturių - šešių valandų matote, kaip susitraukinėja raumenų ląstelės. (Plojimai) Šią technologą išvystė Tao Ju, kuris dirbo mūsų institute. Eksperimentai, žinoma, vis dar netaikomi pacientams.

Kita strategija, kuria vadovavomės, yra naudoti organus, iš kurių pašalintos ląstelės. Imame donorų organus, kurie buvo išmesti, ir tada galime, panaudodami labai švelnius ploviklius, pašalinti iš šių organų visus ląstelinius elementus. Pavyzdžiui, kairėje, viršuje matote kepenis. Imame donoro kepenis, naudojame labai švelnius ploviklius ir pasitelkę juos pašaliname visas ląsteles iš kepenų.

Po poros savaičių galime pakelti šį organą, liesti kaip kepenis, galime jį laikyti kaip kepenis, jis atrodo kaip kepenys, bet jame nėra ląstelių. Viskas, kas mums lieka, tai, galima sakyti, kepenų skeletas, visas sudarytas iš kolageno, medžiagos, kurios yra mūsų kūne, kuri nebus organizmo atmetama. Galima ją perkelti iš vieno paciento kitam. Tada paėmę šią kraujagyslinę struktūrą galime įrodyti, kad išsaugotas kraujagyslių tinklas.

Matote, tai rentgenoskopija. Įleidžiame spalvos į organą. Matote, kaip prasideda. Įleidžiame spalvos į organą, į šias kepenis be ląstelių. Ir matote - kraujagyslių tinklas išliko sveikas. Tada imame ląsteles, vaskuliarines ląsteles, t.y. kraujagyslines ląsteles, užliejame kraujagyslių tinklą paties paciento ląstelėmis. Užliejame kepenų išorę paties paciento kepenų ląstelėmis. Ir tada galime sukurti veikiančias kepenis. Tai jūs dabar ir matote. Tai vis dar tik eksperimentai. Bet eksperimentų metu gebame atkurti kepenų struktūros funkcionalumą.

Inkstui, kaip aš jums pasakojau apie pirmąjį parodytą paveikslą, pirmą skaidrę, kurią jums rodžiau, 90 procentų organų persodinimo laukiančių pacientų laukia inksto, 90 procentų. Tad, dar viena strategija, kuria vadovaujamės, yra sukurti paplotėlius, kuriuos sudedame vieną ant kito, it akordeoną. Taigi sudedame tuos paplotėlius vieną ant kito, naudodami inkstų ląsteles. Matote mūsų pagamintus miniatiūrinius inkstus. Jie tikrai gamina šlapimą. Vėlgi, tai mažos struktūros, mūsų iššūkis yra jas padidinti, tai mes ir bandome padaryti dabar institute. Vienas dalykas, kurį noriu apibendrinti, yra kokios atkuriamosios medicinos strategijos mes siekiame.

Jei tik įmanoma, norėtumėme naudoti išmaniąsias biomedžiagas, kurias galėtumėme tiesiog imti nuo lentynos, ir regeneruoti jūsų organus. Dabar mūsų galimybes riboja atstumai, bet mūsų tikslas - laikui bėgant tuos atstumus didinti. Jei negalime panaudoti išmaniųjų biomedžiagų, tada verčiau naudosim jūsų nuosavas ląsteles.

Kodėl? Todėl, kad jos nebus atmestos. Galime paimti jūsų ląsteles, sukurti struktūrą, įsodinti atgal jums, jų organizmas neatmes. Ir jei įmanoma, verčiau naudosim ląsteles iš jūsų atitinkamo organo. Jei pažeista jūsų trachėja, norėtumėme paimti ląstelių iš jūsų trachėjos. Jei pažeista jūsų kasa, norėtumėme paimti ląstelių iš šio organo.

Kodėl? Nes mes verčiau imam tas ląsteles, kurios jau žino, kad yra jums reikalingos rūšies ląstelės. Trachėjos ląstelė jau žino, kad yra trachėjos ląstelė. Mums nereikia jos mokyti tapti kitos rūšies ląstele. Taigi pirmenybę teikiam specifinėms organų ląstelėms. Ir šiandien galime gauti ląstelių iš beveik bet kurio jūsų kūno organo, išskyrus keletą, kuriems vis dar reikalingos kamieninės ląstelės, pavyzdžiui, širdį, kepenis, nervus ir kasą. Šiems organams mums vis dar reikalingos kamieninės ląstelės. Jei negalime panaudoti kamieninių ląstelių iš jūsų kūno, tada norėtumėme naudoti donoro kamienines ląsteles. Pirmenybę tekiame ląstelėms, kurios nebus atmestos ir nesudarys auglių.

Mes daug dirbame su kamieninėmis ląstelėmis, apie kurias prieš du metus parašėme straipsnį, kamieninėmis ląstelėmis iš amniono skysčio ir placentos, kurios pasižymi tomis savybėmis. Dabar noriu jums papasakoti, su kokiais pagrindiniais iššūkiais mes susiduriame. Žinote, ką tik jums parodžiau šį pristatymą, viskas atrodo gerai, viskas veikia. Iš tikrųjų - ne, tos technologijos ne tokios paprastos. Kai kurie darbai, iš šiandien matytų, buvo atlikti daugiau nei 700 tyrėjų mūsų institute per 20 metų.

Taigi šios technologijos labai sudėtingos. Atradus teisingą formulę, ją galima atkartoti. Bet tam pasiekti reikia daug darbo. Tad, aš visad mėgstu rodyti šią karikatūrą. Kaip sustabdyti nebesuvaldomą karietą. Matote vairuotoją ir jis, viršutiniame langelyje, daro A, B, C, D, E, F. Ir pagaliau sustabdo karietą. Tokie dažniausiai yra paprasti mokslininkai. Apačia paprastai - chirurgai. (Juokas) Aš chirurgas, tad tai nejuokinga. (Juokas)

Bet iš tikrųjų metodas A yra teisingas. Ir tuo noriu pasakyti, kad kaskart, kai vieną iš šių technologijų perkeldavome į kliniką, mes įsitikindavome, kad padarėme viską, ką galima padaryti laboratorijoje, prieš pradėdami bandyti šias technologijas su pacientais. Ir kai imame taikyti šias technologijas pacientams, būtinai turime sau užduoti labai sunkų klausimą: ar esi pasiruošęs tai įsodinti savo mylimajam, savo paties vaikui, šeimos nariui, ir tik tada dirbam toliau. Nes mūsų pagrindinis tikslas, žinoma, yra pirmiausia nedaryti žalos.

Dabar parodysiu jums trumpą įrašą. Tai penkių sekundžių įrašas apie pacientę, kuri gavo vieną iš sukurtų organų. Mes kai kurias šių struktūrų pradėjome įsodinti prieš daugiau nei 14 metų. Tad turime pacientų vaikščiojančių su organais, sukurtais daugiau nei prieš 10 metų. Parodysiu įrašą apie vieną panelę. Ji turėjo įskilą stuburą, stuburo pažeidimą. Ji neturėjo normalios pūslės. Tai ištrauka iš CNN. Tik penkios sekundės. Šia ištrauka pasirūpino Sanjay Gupta.

Video: Kaitlyn M: Aš laiminga. Vis bijojau, kad man gali atsitikti kokia nelaimė ar kažkas panašaus. O dabr galiu tiesiog eiti pasilinksminti su draugais, veikti, ką tik panorėjus.

Anthony Atala: Matote, galų gale, atkuriamosios medicinos pažadas yra vienas. Ir labai paprastas: pagydyti mūsų pacientus. Ačiū jums už dėmesį. (Plojimai)