Энтони Атала: Печатая человеческую почку

Наши дни – время серьёзного кризиса в плане нехватки органов. Факт в том, что мы живем дольше. Медицина гораздо лучше справляется с тем, чтобы продлить нам жизнь. И проблема в том, что с возрастом наши органы всё больше отказывают. И на данный момент на всех органов не хватает. Фактически, за последние 10 лет количество пациентов, нуждающихся в органах, удвоилось. В то же время количество органов, пригодных для трансплантации, едва увеличилось. Это стало кризисом здравоохранения.

Вот тогда и оказывается полезным то, что мы называем регенеративной медициной. Она включает в себя много разных сфер. Мы можем использовать как бы строительные леса, – биоматериалы, – похожие на кусок материала вашей кофты или рубашки, только эти материалы можно имплантировать пациентам, и они отлично подойдут и помогут регенерировать. Или же мы можем использовать только клетки, либо ваши собственные клетки, либо другие, популяции стволовых клеток, либо используем и те и другие. Мы можем использовать биоматериалы и клетки одновременно. Вот чего достигла сегодня эта область медицины.

Хотя на самом деле это не новая область. Как ни странно, вот книга, опубликованная в 1938 году, она называется "Культура органов." первый автор, Алексис Каррел, лауреат Нобелевской премии. Фактически он изобрёл некоторые из технологий, используемых сегодня для сшивания кровеносных сосудов, Также некоторые современные сосудистые трансплантаты были разработаны ещё Алексисом. Но мне хотелось бы отметить его соавтора, Чарльза Линдберга. Это тот самый Чарльз Линдберг, который потратил остаток своей жизни, работая с Алексисом в институте Рокфеллера в Нью-Йорке в области культур органов.

Но если эта область существует так долго, почему же клинических достижений так мало? На самом деле это связано с многими проблемами, но если выделить три основных проблемы, то первая – это разработка материалов, которые можно поместить в тело и которые не испортятся со временем. Сейчас исследования продвинулись, так что мы можем сделать это достаточно легко. Вторая проблема – это клетки. Мы не могли вырастить достаточное количество клеток вне вашего тела. За последние 20 лет мы практически с этим справились. Многие учённые уже сейчас могут выращивать разные виды клеток, плюс у нас есть стволовые клетки. Но даже сейчас, в 2011 году, некоторые клетки мы пока не можем вырастить, взяв их у пациента. Нервные клетки, клетки печени, поджелудочной железы – их мы не можем вырастить даже сегодня. И, наконец, третья проблема – сосуды, снабжение кровью, чтобы эти органы и ткани могли выжить, после того как мы их регенерировали.

Сейчас мы можем использовать биоматериалы. Вот это – на самом деле биоматериал. Из него мы можем ткать, вязать или сделать то, что вы видите здесь. Это что-то вроде машины по созданию сахарной ваты. Вы видели, как туда поступает спрэй. Это как волокна сахарной ваты, создающие эту трубчатую структуру. Это биоматериал, который мы можем использовать, чтобы помочь вашему телу регенерировать, используя для этого свои собственные клетки. Именно это мы и сделали в этом случае.

Это пациент, который пришел к нам с отмершим органом, и мы создали один из этих хитрых биоматериалов, а затем использовали этот хитрый биоматериал, чтобы заменить и починить структуру тела пациента. Фактически мы использовали биоматериал в качестве моста так, чтобы клетки в этом органе могли бы, так сказать, пройти по этому мосту и помочь восстановить брешь, регенерировав ткани. И здесь вы можете видеть пациента спустя полгода, а также рентгеновский снимок, показывающий регенерированные ткани, которые полностью восстановлены, что видно также под микроскопом. Мы также можем использовать только клетки. Вот клетки, которые мы получили. Это стволовые клетки, которые мы создали из особых источников, и мы можем заставить их стать клетками сердца. И они начинают сокращаться в культуре, так что они знают, что делать. Клетки генетически знают, что делать, и они начинают биться вместе. Сегодня разные виды стволовых клеток используют во множестве клинических испытаний по поводу заболеваний сердца. То есть эти клетки сейчас в теле пациентов.

Или, если нужны структуры побольше, нужно заменить структуры побольше, мы можем использовать клетки самих пациентов или некоторые популяции клеток вместе с биоматериалами, играющими роль строительных лесов. Вот суть этой концепции: если у вас повреждённый или отмерший орган, мы берём небольшой кусочек этой ткани, размером меньше половины почтовой марки, затем мы разделяем его на клетки и выращиваем их вне тела. затем берем основу, биоматериал, опять же, выглядит похоже на кусок вашей блузки или рубашки. Далее мы придаем ему форму и покрываем материал клетками, – слой за слоем, – что-то вроде выпечки многослойного пирога. Затем мы помещаем это в "печь" для тканей, и так мы можем создать нужную структуру и достать её оттуда. Это настоящий сердечный клапан который мы создали. Как вы можете видеть, у нас есть структура сердечного клапана, и мы засеяли её клетками, и теперь мы проводим упражнения. Вы видите открывающиеся и закрывающиеся лепестки этого сердечного клапана. На данный момент это эксперимент, который готовится к будущим исследованиям.

На пациентах мы использовали ещё одну технологию, касающуюся мочевых пузырей. Мы взяли маленький кусочек мочевого пузыря пациента, – размером меньше половины почтовой марки. Потом мы вырастили клетки вне тела, взяли основу, покрыли основу клетками, – собственными клетками пациента двух типов. Поместили всё в устройство вроде печи, внутри которой поддерживались условия как внутри тела, 37 градусов по Цельсию, 95% кислорода. Несколько недель спустя у нас был искусственный орган, который мы могли имплантировать пациенту. Конкретно для этих пациентов мы просто сшили эти материалы. Мы используем трёхмерный цифровой анализ, но в действительности эти биоматериалы созданы вручную.

Но теперь у нас есть лучшие способы создать эти структуры с клетками. Мы используем некоторые технологии, где для цельных органов, например, таких как печень, мы берём отбракованную печень. Как вы знаете, множество органов отбраковывается и не используется. Итак, мы можем взять эти структуры печени, которые всё равно бы не использовались, и поместить их в некоторое подобие стиральной машины, которая сможет вымыть клетки прочь. Две недели спустя вы получаете нечто, что выглядит как печень. Вы держите в руках как бы печень, но у неё нет клеток, это только скелет печени. Затем мы можем сделать перфузию печени клетками, сохранив дерево кровеносных сосудов. Фактически мы сначала перфузируем дерево сосудов собственными клетками сосудов пациента. Затем мы инфильтруем паренхиму клетками печени. И только в прошлом месяце нам удалось показать возможность создания человеческой печени, используя эту технологию.

Другая использованная технология – технология печати. Это как обычный струйный принтер, но вместо чернил мы используем клетки. Вы можете видеть печатающую головку, которая движется и печатает структуру. Для такой печати требуется порядка 40 минут. Используется трёхмерный лифт, и печать идёт слой за слоем, после каждого прохода головки. В итоге вы можете вынуть эту структуру, достать структуру из принтера и использовать для трансплантации. Вот настоящий кусок кости, который я вам покажу на этом слайде. Он был создан с помощью принтера и имплантирован, как здесь видно. При помощи этой технологии мы создали и имплантировали новую кость.

Мы разрабатываем другую, более продвинутую технологию, это следующее поколение наших технологий с более сложными принтерами. Мы сейчас разрабатываем такой принтер, который будет печатать прямо на пациенте. Как здесь видно... Знаю, это звучит смешно, но это именно так и работает. Потому что в действительности вот чего мы хотим добиться: допустим, у нас есть пациент с раной и есть сканер, похожий на обычный плоский сканер. Вы видите это на слайде справа; вы видите технологию сканирования. Сначала рана пациента сканируется, затем появляются печатающие головки, которые печатают желаемые слои прямо на самом пациенте.

Вот как это работает. Вот проходит сканер, сканируя рану. После сканирования посылается информация о том, какие нужны слои клеток и где они должны быть. А сейчас вы увидите демонстрацию, как это на самом деле делается на настоящей ране. И мы это делаем с помощью геля, вы можете приподнять гель. Когда эти клетки попадают на пациента, они прилипнут туда, где они должны быть. Это новая технология, она ещё в разработке.

Мы также разрабатываем более сложные принтеры. Потому что в наша настоящая большая цель – это цельные органы. Я не знаю, известно ли вам, что 90% пациентов, ожидающих трансплантации, ждут почку. Ежедневно пациенты умирают, потому что у нас нет достаточно этих органов. Это ещё более сложно: большой орган с сосудами, со множеством кровеносных сосудов и клеток разных типов. Вот наша стратегия. Это компьютерная томография, рентген, и мы идём слой за слоем, используя морфометрический компьютерный анализ и трёхмерную реконструкцию, чтобы добраться до почек пациента. Тогда мы можем "увидеть" их, сделать полный оборот, чтобы проанализировать почку, её объемные характеристики, после чего мы можем использовать эту информацию, отсканировать их в печатаемой цифровой форме. Итак, мы идём слой за слоем через весь орган, анализируя каждый слой, пока идём через орган. Затем можно передать информацию, как вы можете видеть здесь, через компьютер и фактически создать орган для пациента. Сейчас вы видите настоящий принтер. Видно, как он печатает.

Кстати, у нас прямо здесь есть принтер. Пока мы тут говорили сегодня, вы можете видеть принтер, который находится здесь за сценой. Это настоящий принтер, работающий прямо сейчас, печатающий структуру почки, как вы можете видеть. Требуется семь часов, чтобы напечатать почку. Здесь печать идёт уже около трёх часов. Доктор Кан сейчас выйдет на сцену, и мы покажем одну из таких почек, что мы напечатали сегодня раньше. Надо надеть перчатки. Спасибо. Отойдите назад. Вот, перчатки мне немного малы, но вот она. Вы можете видеть эту почку, которую мы напечатали сегодня.

(Аплодисменты)

Она немножко не однородная. Это доктор Кан, который работал с нами над этим проектом. он в нашей команде. Спасибо, др. Хан, я ценю вашу помощь.

(Аплодисменты)

Это как раз новое поколение. То, что вы видите на сцене – это принтер, и это новая технология, над которой мы сейчас работаем. В действительности мы делаем это давно. Я покажу вам видео о технологии, которую мы используем на пациентах уже некоторое время.

Это очень короткий ролик, лишь 30 секунд, это пациент, которому пересадили орган.

(Видео) Люк Масселла: Я был болен, я с трудом мог встать с постели. Я пропускал школу. Это было очень печально. Я не мог выйти на улицу и играть в баскетбол на перемене, не боясь, что упаду в обморок, когда я вернусь в помещение. Чувствовал себя очень больным. Меня ожидал пожизненный диализ, я даже не хочу думать, какой стала бы моя жизнь если бы это случилось. После операции жизнь стала намного лучше. Я мог делать больше вещей. Я мог заниматься борьбой в школе. Я стал капитаном команды, все стало замечательно. Я смог стать нормальным ребёнком для моих друзей. Всё потому, что они использовали мои клетки для создания мочевого пузыря. Он останется со мной на всю жизнь, так что у меня всё в порядке.

(Аплодисменты)

Хуан Энрикес: Эти эксперименты иногда срабатывают, и очень здорово, когда это происходит. Люк, поднимись сюда, пожалуйста.

(Аплодисменты)

Итак, Люк, до вчерашнего вечера когда ты последний раз видел Тони?

Л.М.: Десять лет назад, когда делали операцию, и очень приятно увидеть его снова.

(Смех)

(Аплодисменты)

Х.Э.: Расскажи нам, чем ты занимаешься.

Л.М.: Я учусь в колледже при Университете Коннектикута. я второкурсник, изучаю коммуникации, телевидение и СМИ. Просто живу жизнью нормального ребёнка, которым всегда хотел стать, когда рос. Но это сложно, если у тебя врождённая расщелина позвоночника, и твои почки и мочевой пузырь не работают. Я прошёл через 16 операций и, когда в 10 лет у меня отказала почка, я думал, это уже невозможно исправить. И тогда случилась эта операция, которая сделала меня тем, кем я стал сегодня, и спасла мне жизнь.

(Аплодисменты)

Х.Э.: И Тони сделал сотни таких?

Л.М.: Насколько я знаю, он усиленно работает в лаборатории и изобретает сумасшедшие вещи. Я знаю, что я был в первой десятке тех, кому провели такую операцию. И когда мне было 10, я не осознал, как это было удивительно. Я был маленьким ребёнком и думал: "Да, ладно, я сделаю себе эту операцию." (Смех) Я хотел одного – поправиться, и пока я не вырос, я не понимал, насколько это удивительно. Теперь я вижу, какие удивительные вещи он делает.

Х.Э.: Когда тебе вот так неожиданно позвонили... Тони очень стеснителен, и пришлось его долго уговаривать, чтобы такой скромник как Тони позволил привести Люка сюда. "Люк, отправляйся к своим профессорам по СМИ" – ты же специализируешься на коммуникациях, – "и спроси у них позволения приехать на TED, ведь TED имеет некоторое отношение к СМИ", – какова была их реакция?

Л.М.: Большинство профессоров были за, они говорили "привези фотографии", "покажешь мне ролики в интернете" и "рад за тебя". Некоторые были немного упрямы, так что пришлось отвести их в сторону и поговорить с ними.

Х.Э.: Это честь и привилегия увидеть тебя. Большое спасибо. (Л.М.: Спасибо вам большое.)

Х.Э.: Спасибо, Тони.

(Аплодисменты)