Anthony Atal om att växa nya organ

Detta är faktiskt en målning som hänger på Countway Library vid Harvards medicinska avdelning. Den avbildar värdens första organtransplantation. I förgrunden ser ni Joe Murray som förbereder patienten för transplantation medan man där bak ser Hartwell Harrison, urologichef på Harvard, som hämtar njuren. Njuren var faktiskt det första organ som någonsin transplanterades i en människa.

Det var i 1954. För 55 år sedan hanterade man fortfarande många av de samma problemen som flera decennier sedan. Visst har många framsteg gjorts, många liv räddats. Men vi har fortfarande ett underskott av organ. De senaste tio åren har antalet patienter som väntar på transplantation, fördubblats. Samtidigt har antalet transplantationer kvarstått på nästan samma nivå. Det har verkligen att göra med vår alltmer åldrande befolkning. Vi blir äldre helt enkelt. Våra läkare gör ett bättre jobb av att hålla oss vid liv. Men allt eftersom vi åldras, slutar våra organ fungera.

Det är en utmaning, inte bara för organ utan för vävnad. Att försöka ersätta sköldkörteln, försöka ersätta nerver som kan hjälpa oss mot Parkinsons. Dessa är stora problem. Detta är en slående statistik. Varje 30 sekunder dör en patient från orsaker som kunde förhindrats med vävnadsregeneration eller ersättning. Vad kan vi göra åt det? Vi talade tidigare om stamceller. Det är ett sätt. Men långa vägar att gå för att faktiskt placera stamceller i patienter, när det gäller faktisk organläkning.

Skulle det inte vara jättebra om våra kroppar kunde regenereras? Skulle det inte vara fantastiskt om vi kunde utnyttja kraften i våra kroppar, för att läka oss själva? Det är inte så väsensfrämmande, faktiskt; det händer på jorden dagligen. Det här är en salamander. Salamandrar har en otrolig förmåga att regenereras. Ni ser här en liten film. Detta är en salamander som har skadat en lem. Och detta är riktiga fotografier, tidsinställa foton, som visar hur en lem regenereras inom ett par dagar. Ni ser ärret formas. Och hur ärret faktiskt växer ut till att bilda en ny lem.

Salamandrar kan alltså göra det. Varför kan inte vi? Varför kan inte människor regenereras? Faktum är att vi kan det. Din kropp har många organ och varje organ i din kropp har en cellbefolkning som är redo att ta över vid skador. Det händer dagligen. Med ålder, allt eftersom du åldras. Dina ben byts ut varje 10 år. Din hud regenerar efter två veckor. Alltså undergår din kropp en konstant regenerering. Utmaningen dyker upp när det finns en skada. Vid skador eller vid sjukdomar, är kroppens första reaktion att stänga av sig från resten av kroppen. Den vill i stort sett slåss mot infektion, och isolera sig själv, oavsett om det är inre organ, eller din hud, den allra första reaktionen är att ärrvävnad kommer in, för att isolera från utsidan.

Hur kan vi utnyttja denna kraft? Ett sätt att göra det på är att använda smarta biomaterial. Hur funkar det här? På vänstra sidan här ser ni ett urinrör som har skadats. Det är en kanal som kopplar blåsan till kroppens utsida. Som ni ser är den skadad. Vi tog egentligen reda på att om man använder dessa smarta biomaterial, så kan man använda det som en bro. Bygger man en bro, och stänger ute den externa miljön, så skapar man bron, där celler som regenereras i din kropp kan korsa över, och gå den vägen.

Det är precis det ni ser här. Det är ett smart biomaterial som vi faktiskt använde för att behandla den här patienten. Detta är ett skadat urinrör på vänstra sidan. Vi använde biomaterial i mitten, och ett halvår senare, på höger sida, ser ni detta ombyggda urinrör. Det visar sig att din kropp kan regenerera, men bara korta avstånd. Det högsta funktionella avståndet är bara ungefär en centimeter. Så vi kan använda dessa smarta biomaterial men endast ungefär i en centimeter för att fixa dessa hål.

Vi regenererar, men bara på korta avstånd. Vad gör vi då, om du har skador på ett större organ? Vad gör vi när vi har skador på strukturer som är mycket större än en centimeter? Då kan vi börja använda celler. Strategin här är att när en patient kommer till oss med ett sjukligt eller skadat organ, så tar man ett väldigt litet stycke vävnad från det organet, mindre än ett halvt frimärke, som man kan lirka isär, och titta på dess grundkomponenter patientens egna celler. Man tar ut dessa celler, växer och expanderar dem utanför kroppen i stora mängder, och använder sedan biologiska konstruktionsmaterial.

De ser ut som en liten bit av din blus, eller din skjorta, men i verkligheten är dessa material oerhört komplexa och designade för att brytas ned inne i kroppen. De vittrar sönder efter ett par månader. De fungerar enbart som ett leveransmedel. Det tar enbart in celler i kroppen, och låter cellerna generera ny vävnad, och så fort vävnaden är klar försvinner själva byggnadsmaterialet.

Det är vad vi gjorde i den här muskeln. Här visas en muskel, och hur vi går igenom strukturerna för att faktiskt rekonstruera muskeln. Vi tar cellerna, växer dem, placerar dem på byggnadsmaterialet, och placerar detta tillbaka i patienten. Men innan vi faktiskt sätter tillbaka materialet i patienten, så tränar vi upp det. Vi vill försäkra oss om att vi har tränat muskeln så att den vet vad som ska göras när vi placerar den i patienten. Det är det ni ser här. Ni ser här en bioreaktor som tränar muskeln fram och tillbaka.

Här ser vi platta strukturer, själva muskeln. Andra strukturer, då? Här har vi ett konstruerat blodkärl. Ganska likt det vi just gjorde, men lite mer komplext. Här tar man en sådan "byggnadsställning", och vi gör -- man kan likna det vid pappret här. Så viker vi materialet som ett rör, och vad vi då gör, för att göra ett blodkärl, samma strategi. Ett blodkärl är uppbyggt av två olika typer av celler. Vi tar muskelceller, sätter fast dem, eller täcker utsidan med dessa muskelceller, som att baka en gräddtårta, ungefär.

Man placerar muskelceller på utsidan. Sen sätter man blodkärlsceller på insidan. Då har man ett fullt förberett konstruktionsmaterial. Man ska sedan placera denna i en slags ugn. Ugnen har samma miljö som en mänsklig kropp, 37 grader celsius, 95 procent syre. Sen tränar man den, som ni såg på filmen.

Till höger ser ni en faktiskt halspulsåder som konstruerats. Detta är pulsådern som går från nacken till hjärnan. Och här är en röntgenbild som visar det färdiga funktionella blodkärlet. Mer komplexa strukturer som blodkärl, urinrör, som jag visade er, de är definitivt mer invecklade, eftersom man introducerar två olika typer av celler. Men dessa är egentligen mest som ledningar. De låter vätska eller luft att gå igenom i stabila tillstånd. De är inte i närheten så invecklade som ihåliga organ. Ihåliga organ har en högre grad av komplexitet, eftersom dessa organ måste fungera på beställning.

Urinblåsor är ett sådant organ. Samma strategi, där vi tar en väldigt liten del av blåsan, mindre än ett halvt frimärke. Vi lirkar isär vävnaden, till dess två distinkta delar, muskel samt speciella urinblåseceller. Vi odlar fram celler utanför kroppen i stora mängder. Det tar ungefär fyra veckar att odla fram cellerna från organet. Man tar sedan en ställning, som vi formar till en urinblåsa. Vi täcker insidan med dessa urinblåseceller. Utsidan täcker vi med muskelceller. Sedan placerar man den i den här slags ugnen. Sex till åtta veckor efter att man har tagit vävnadsprovet, kan man placera organet tillbaka i patienten.

Den här bilden visar själva ställningen. Detta material blir då täckt med celler. När vi gjorde det första kliniska testet på patienter, skapade vi en specifik ställning för varje patient. Vi tog in patienterna, sex till åtta veckor före deras operation, tog röntgenbilder, och utarbetade sedan ställningen specifikt utifrån storleken på deras bäcken. I testernas andra fas hade vi bara olika storlekar: small, medium, large och extra-large. (Skratt) Det är sant! Jag antar att alla skulle vilja ha extra-large? (Skratt)

Urinblåsor är i alla fall mycket mer invecklade än de andra strukturerna. Men det finns många andra ihåliga organ som är än mer komplexa. Här har vi en hjärtklaff som vi byggde. Man bygger dessa hjärtklaffar på samma sätt. Man tar en ställning, sår den med celler, och nu kan ni se här, hjärtklaffen öppnas och stängas. Vi tränar dessa innan vi sätter in dem. Samma strategi.

De mest komplexa är de solida organen. De är mer komplexa eftersom man använder mycket fler celler per centimeter. Detta är ett enkelt solitt organ, som örat. Det blir nu sått med brosk. Där är vår ugnsliknande apparat. När organet har täckts placeras det där. Ett par veckor sedan kan vi ta ut broskställningen.

Här har vi fingrar som byggs. Dessa konstrueras ett lager åt gången, först benet, sedan fylls håligheterna med brosk. Till slut lägger man på muskeln på toppen. Så börjar man anlägga lager på dessa solida strukturer. Återigen, mer invecklade organ. Men de mest komplexa solida organen är de blodkärlskopplade, mycket blodkärlskopplade, med mycket blodtillförsel, organ såsom hjärtat, levern, eller njurarna. Detta är ett exempel -- flera strategier på hur man bygger solida organ.

Här har vi en strategi. Vi använder en skrivare. Istället för bläck använder vi -- ni såg just en bläckpatron -- så använder vi celler. Här har vi faktiskt en typisk kontorsskrivare. Det står och trycker ut ett hjärta, ett lager åt gången. Ni kan se hjärtat komma ut där. Det tar ungefär 40 minuter, och ungefär fyra till sex timmar senare kan man se muskelcellerna dra ihop sig. (Applåder) Den här teknologin utvecklades av Tao Ju, som jobbade på institutet. Visst är den fortfarande experimentell, inte för att användas på patienter.

En annan strategi vi har prövat är att använda cell-lösa organ. Vi tar donerade organ, organ som har slängts bort, och kan sedan använda väldigt milda tvättmedel för att tvätta bort cellerna ur organen. Till exempel i vänsterpanelen, högst upp, ser ni en lever. Vi har tagit en donerad lever, använt väldigt milda tvättmedel, och så har vi, med dessa medel, tagit ut alla celler ur levern.

Två veckor senare kan vi i stort sett lyfta upp organet, det känns som en lever, vi kan hålla i det som en lever, den ser ut som en lever, men den saknar celler. Det som vi har kvar är leverns skelett, så att säga, gjort helt av kollagen, ett material i våra kroppar som inte stöts bort. Vi kan använda det i en patient efter den andra. Vi tar denna struktur och vi kan bevisa att vi kan behålla blodkärlsstrukturen.

Ni ser, här har vi en fluoroskopibild. Vi injicerar kontrastvätska i organet. Nu kan ni se det sätta igång. Vi injicerar kontrast i organet in i den här cell-lösa levern. Och ni kan se hur blodkärlen är intakta. Vi tar cellerna, kärlscellerna, blodkärlsceller, vi fyller strukturen med patientens egna celler. Vi täcker utsidan av levern med patientens egna leverceller. Så kan vi producera funktionella levrar. Och det är det som ni ser här. Detta är fortfarande på försöksstadiet. Men vi kan faktiskt återskapa funktionaliteten i leverstrukturen, experimentellt.

Med njurarna, som jag pratade om i den första målningen ni såg, den första bilden jag visade, 90 procent av patienterna i väntelistan, väntar på en njure - 90 procent. Så en annan strategi vi försöker är att skapa blad, som vi sätter samman, lite som ett dragspel. Vi lägger ihop dessa blad, med njurcellerna, och så ser ni dessa njurar i miniatyr, som vi har konstruerat. De producerar faktiskt urin. Återinge, små strukturer, utmaningen är att göra dem större, och det är något vi arbetar med just nu på institutet. En av de saker som jag vill sammanfatta för er är vad en strategi är, som vi satsar på inom regenerativ läkekonst.

Om alls möjligt skulle vi verkligen vilja använda smarta biomaterial som vi bara kan ta från lagret och regenerera dina organ. Vi är just nu avståndsmässigt begränsade, men vårt mål är att öka avstånden över tid. Om vi inte kan använda smarta biomaterial, vill vi helst använda dina egna celler.

Varför? De stöts inte bort. Vi tar dina celler, skapar strukturen, sätter in den i dig, och den stöts inte bort. Om alls möjligt, skulle vi helst använda celler från det specifika organet. Om du kommer till oss med en skadad luftstrupe, använder vi helst celler från din luftstrupe. Om du kommer till oss med en skadad bukspottkörtel, tar vi helst celler från det organet.

Varför? Därför att vi hellre tar celler som redan känner till de celltyper du behöver. En cell från strupen vet att det är en lufstrupecell. Vi behöver inte träna det i att vara en annan typ av cell. Så vi föredrar organspecifika celler. Idag kan vi komma åt celler från nästan varje organ i din kropp, förutom flera som vi fortfarande behöver stamceller för, som hjärtar, levern, nerver eller bukspottkörteln. För dessa behöver vi fortfarande stamceller. Om vi inte kan använda stamceller från din kropp, vill vi använda donerade stamceller. Och vi föredrar celler som inte stöts bort, och inte bildar tumörer.

Vi arbetar mycket med de stamceller vi skrev om för två år sedan, stamceller från fostervattnet, och livmodern, som har dessa egenskaper. Så, vid det här laget, vill jag berätta för er om några av de största svårigheter vi har. Ni vet, jag visade er just den här presentationen, allting ser så bra ut, allting fungerar. Egentligen inte, dessa teknologier är inte så enkla. Mycket av det arbete ni såg idag utfördes av över 700 forskare på vårt institut över 20 år.

Så dessa är väldigt svåra teknologier. När man har fått till formeln kan man återskapa den. Men det tar mycket för att komma dit. Jag gillar att visa den här serien. Det handlar om hur man stoppar en skenande vagn. Och där ser ni vagnens förare, och han prövar, högst upp, han prövar A, B, C, D, E, F. Till slut stannar den skenande vagnen. Och dessa är oftast grundläggande forskare. på botten är det oftast kirurger. (Skratt) Jag är en kirurg så det är inte så roligt. (Skratt)

Faktum är att metod A är det rätta sättet. Vad jag menar med det är att varje gång vi har lanserat sådana här tekniker, till kliniken, har vi gjort oss helt säkra på att vi gjort allting i vår makt i labbet innan vi någonsin lanserar dessa teknologier till patienter. Och när vi lanserar dem, så vill vi vara helt säkra att vi frågar oss den svåra frågor. Är du redo att göra detta på din käraste, ditt egna barn, din egna familj, och då kan vi gå vidare. Eftersom vårt yttersta mål, förstås, är först, att inte göra någon skada.

Jag vill nu visa er, ett kort klipp. Det är fem sekunder av en patient som fick ett konstruerat organ. Vi började implantera några sådana strukturer för över 14 år sedan. Så vi har nu patienter, som går omkring med organ, konstruerade organ, i över 10 år, också. Jag vill visa ett kort klipp av en ung kvinna. Hon hade ryggmärgsbråck, en defekt i ryggmärgen. Hon saknade en normal urinblåsa. Detta är ett klipp från CNN. Vi tar bara fem sekunder. Det här är det segment som Sanjay Gupta gjorde.

Video: Kaitlyn M: Jag är lycklig. Jag var oroad att jag skulle ha, en olycka eller något. Och nu kan jag bara gå och gå ut med mina vänner, gå och göra vad jag vill.

Anthony Atala: Till slut är ändå det löfte som regenerativ medicin ger ändå ett enda löfte. Och det är egentligen väldigt enkelt, det är att hjälpa våra patienter tillfriskna. Tack för det! (Applåder)