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Questo è un dipinto appeso alla Biblioteca Countway della Facoltà di Medicina di Harvard. E mostra la prima volta che è stato trapiantato un organo. In primo piano vedete Joe Murray che sta preparando il paziente al trapianto mentre sullo sfondo vedete Hartwell Harrison, Primario di Urologia a Harvard, che sta prelevando il rene. Il rene è stato infatti il primo organo ad essere mai stato trapiantato a un essere umano.

Questo succedeva nel 1954. 55 anni fa dovevano affrontare un sacco delle stesse sfide così tanti decenni fa. Di certo molti passi avanti, molte vite salvate. Ma abbiamo una crescente carenza di organi. Nell'ultimo decennio il numero di pazienti che attendono un trapianto è duplicato. Mentre, allo stesso tempo, l'effettivo numero di trapianti è rimasto quasi completamente immutato. Questo ha molto a che vedere con la nostra popolazione che invecchia. Semplicemente, stiamo invecchiando. La medicina sta avendo più successo nel mantenerci vivi. Ma, man mano che invecchiamo, i nostri organi tendono a soccombere di più.

Quindi, quella è una sfida non solo per gli organi ma anche per i tessuti. Cercare di sostituire un pancreas, cercare di sostituire nervi che possano aiutarci con il Parkinson. Queste sono problematiche importanti. Questa è effettivamente una statistica davvero impressionante. Ogni 30 secondi un paziente muore per malattie che potrebbero essere trattate con la rigenerazione o la sostituzione dei tessuti. Quindi, cosa possiamo farci? Stasera abbiamo parlato di cellule staminali. Quello è un modo per farlo. Ma ancora abbiamo molta strada da fare per portare le cellule staminali dentro ai pazienti, in termini di effettive terapie per organi.

Non sarebbe fantastico se i nostri corpi potessero rigenerarsi? Non sarebbe fantastico se potessimo effettivamente controllare il potere dei nostri corpi, per poter davvero guarire noi stessi? Non è un concetto così alieno, a dir la verità: succede sulla Terra tutti i giorni. Questa è un'immagine di una salamandra. Le salamandre hanno questa sorprendente capacità di rigenerarsi. Qui vedete un breve video. Questo è l'arto ferito di questa salamandra. Questa è vera fotografia, una fotografia temporizzata, che mostra come si rigenera l'arto in un periodo di giorni. Vedete la cicatrice che si forma. E da quella cicatrice poi cresce un nuovo arto.

Quindi, le salamandre possono farlo. Perché noi no? Perché noi umani non possiamo rigenerarci? A dir il vero, noi possiamo rigenerarci. Il vostro corpo ha molti organi ed ogni singolo organo nel vostro corpo ha una popolazione di cellule che è pronta a imporsi al momento della ferita. Succede tutti i giorni. Mentre crescete, mentre invecchiate. Le vostre ossa si rigenerano ogni 10 anni. La vostra pelle si rigenera ogni due settimane. Quindi, il vostro corpo si rigenera continuamente. La sfida si presenta quando c'è una ferita. Al momento della ferita o della malattia, la prima reazione del corpo è di chiudersi al resto del corpo. In pratica vuole combattere l'infezione, e richiudersi, sia che siano organi dentro il vostro corpo, o la vostra pelle, la prima reazione è che si faccia avanti il tessuto cicatrizzante, per sigillarsi dall'esterno.

Quindi, come possiamo controllare quel potere? Uno dei modi in cui lo facciamo è utilizzando biomateriali intelligenti. Come funziona? Beh, sulla sinistra qui vedete un'uretra che è stata ferita. Questo è il canale che connette la vescica all'esterno del corpo. E come potete vedere è ferita. Abbiamo scoperto che si possono usare questi biomateriali intelligenti che si possono utilizzare come un ponte. Se costruite quel ponte, e lo chiudete dall'ambiente esterno, allora potete creare quel ponte, e le cellule che si rigenerano nel vostro corpo, possono a quel punto attraversare quel ponte, e prendere quella strada.

Questo è esattamente quel che vedete qua. È un biomateriale intelligente che abbiamo utilizzato per trattare questo paziente. Questa era un'uretra ferita sul lato sinistro. Abbiamo utilizzato quel biomateriale nel mezzo. E poi, sei mesi dopo, sulla destra vedete l'uretra reingegnerizzata. Si scopre che il vostro corpo si può rigenerare, ma solo per piccole distanze. La distanza massima utile per la rigenerazione è solo di circa un centimetro. Quindi, possiamo usare questi biomateriali intelligenti ma solo per circa un centimetro per chiudere quelle aperture.

Quindi, ci rigeneriamo, ma solo per distanze limitate. Che cosa facciamo ora, se abbiamo ferite per organi più grandi? Che cosa facciamo quando abbiamo ferite in strutture che sono molto più grandi di un centimetro? Allora possiamo iniziare ad usare le cellule. La strategia qui, è che se un paziente viene da noi con un organo malato o ferito, possiamo prendere un pezzo di tessuto molto piccolo da quell'organo, meno della metà di un francobollo, possiamo poi espandere e analizzare quel tessuto, e guardare le sue componenti più basilari, le cellule del paziente stesso, prendere quelle cellule, crescere ed espandere quelle cellule fuori dal corpo in grandi quantità, e poi possiamo usare materiali da impalcatura.

A occhio nudo assomigliano a un pezzo della vostra camicetta, o la vostra camicia, ma in realtà questi materiali sono abbastanza complessi e sono progettati per degradare una volta dentro il corpo. Si disintegra dopo qualche mese. Funziona solo come un veicolo di consegna di cellule. Porta le cellule nel corpo. Sta permettendo alle cellule di rigenerare nuovo tessuto, e una volta che il tessuto si è rigenerato l'impalcatura se ne va.

E questo è quel che abbiamo fatto per questo pezzo di muscolo. Questo ci mostra un pezzo di muscolo e come attraversiamo le strutture per costruire il muscolo Prendiamo le cellule, le espandiamo, mettiamo le cellule sull'impalcatura, e poi rimettiamo l'impalcatura nel paziente. Ma, prima di rimettere l'impalcatura nel paziente, gli facciamo fare esercizio. Vogliamo assicurarci di condizionare questo muscolo, perché sappia cosa fare una volta dentro il paziente. Questo è quel che state vedendo ora. State vedendo questo bio-reattore muscolare che fa fare esercizio avanti e indietro al muscolo.

Okay. Queste che vediamo qua sono strutture piatte, il muscolo. E per quanto riguarda le altre strutture? Questo è un vaso sanguigno ingegnerizzato. Molto simile a quello che abbiamo appena fatto, ma un po' più complesso. Qui prendiamo un'impalcatura, e in pratica - l'impalcatura può essere come un pezzo di carta qui. Possiamo quindi "tubularizzare" questa impalcatura. Per fare un buon vaso sanguigno seguiamo la stessa strategia. Un vaso sanguigno è composto da due diversi tipi di cellule. Prendiamo cellule muscolari, incolliamo o ricopriamo l'esterno con queste cellule muscolari, un po' come cuocere una torta a strati, se vogliamo.

Si mettono le cellule muscolari all'esterno. Mettete le cellule che rivestono il vaso sanguigno vascolare all'interno. Ora avete la vostra impalcatura piena di semi. Ora piazzerete questa in un dispositivo che è come un forno. Ha le stesse condizioni del corpo umano, 37 gradi centigradi, 95 percento ossigeno. Poi lo si esercita, come avete visto in quel video.

Sulla destra potete vedere un'arteria carotidea che è stata ingegnerizzata. Questa è l'arteria che va dal collo al cervello. E questi sono dei raggi-x che mostrano il vaso sanguigno artificiale, in funzione. Le strutture più complesse come i vasi sanguigni e le uretre, che vi ho mostrato, sono sicuramente più complesse perché si stanno introducendo due diversi tipi di cellule. Ma stanno in realtà agendo più come condotti. State permettendo a del fluido o dell'aria di passare a flussi costanti. Non sono assolutamente complessi quanto gli organi cavi. Gli organi cavi hanno un grado di complessità molto superiore, in quanto si richiede a questi organi di funzionare su richiesta.

Quindi, la vescica è un organo di questo genere. La stessa strategia, prendiamo un pezzo molto piccolo della vescica, meno della metà di un francobollo. Poi con attenzione apriamo il tessuto e lo separiamo nei suoi componenti cellulari individuali, i muscoli e queste cellule specializzate di vescica. Facciamo crescere le cellule fuori dal corpo in grandi quantità. Ci vogliono circa quattro settimane per far crescere queste cellule dall'organo. Poi prendiamo un'impalcatura a cui diamo la forma di una vescica. Rivestiamo l'interno con queste cellule di rivestimento di vescica. Copriamo l'esterno con queste cellule muscolari. Lo rimettiamo all'interno di questo dispositivo-forno. Dal momento che prendi quel pezzo di tessuto, da sei a otto settimane dopo puoi rimettere l'organo direttamente dentro il paziente.

Questo ci mostra l'impalcatura. Il materiale viene rivestito con le cellule. Quando abbiamo fatto la prima prova clinica per questi pazienti abbiamo creato l'impalcatura specificamente per ogni paziente. Abbiamo portato dentro dei pazienti, da sei a otto settimane prima della loro prevista operazione, abbiamo fatto i raggi-x, e poi abbiamo composto un'impalcatura specificamente per la misura di quel paziente e della cavità pelvica. Per la seconda fase delle prove avevamo differenti misure, piccole, medie, grandi ed extra-grandi. (Risate) È vero. E sono sicuro che tutti qui volevano un extra-grande, vero? (Risate)

Ecco, quindi le vesciche sono sicuramente un po' più complesse rispetto alle altre strutture. Ma ci sono altri organi cavi che hanno complessità aggiuntiva. Questa è una valvola cardiaca, che noi abbiamo ingegnerizzato. E questa valvola cardiaca si costruisce con la stessa strategia. Prendiamo l'impalcatura, la seminiamo di cellule, e ora potete vedere qui, i lembi delle valvole che si aprono e si chiudono. Le facciamo esercitare prima di impiantarle. La stessa strategia.

E poi i più complessi di tutti sono gli organi solidi. Per gli organi solidi, la cosa è più complessa perché si usano molte più cellule per centimetro. Questo è un semplice organo solido, un orecchio. Lo stanno disseminando con cartilagine. Quello è il dispositivo-forno; Una volta ricoperto viene messo li. Poi, qualche settimana dopo, possiamo levare l'impalcatura della cartilagine.

Queste sono dita che stiamo costruendo. Questi vengono fatti a strati, uno strato alla volta, prima l'osso, riempiamo gli spazi con cartilagine. Poi iniziamo ad aggiungerci sopra il muscolo. E iniziamo a costruire a strati queste strutture solide. Di nuovo, organi un po' più complessi. Ma di gran lunga, gli organi solidi più complessi sono quelli vascolarizzati, molto vascolarizzati, una grande concentrazione di vasi sanguigni, organi come il cuore, il fegato, i reni. Questo è un esempio — diverse strategie per costruire organi solidi.

Questa è una delle strategie. Utilizziamo una stampante. E invece di utilizzare dell'inchiostro, usiamo — avete appena visto una cartuccia di inchiostro — usiamo cellule. Questa è una classica stampante da tavolo. Sta stampando questo cuore a due camere, uno strato alla volta. Vedete il cuore che esce qui. ci vogliono circa 40 minuti per stamparlo, e da sei a otto ore dopo vedete le cellule del muscolo che si contraggono. (Applauso) Questa tecnologia è stata sviluppata da Tao Ju, che lavorava al nostro istituto. Essa è ancora, naturalmente, sperimentale, non in uso su pazienti.

Un'altra strategia che abbiamo seguito è quella di utilizzare organi decellularizzati. Prendiamo organi donati, organi che vengono scartati, e poi usiamo detergenti molto delicati per levare tutti gli elementi cellulari da questi organi. Quindi, ad esempio, nel pannello di sinistra, pannello superiore, vedete un fegato. Prendiamo il fegato donato, utilizziamo dei detergenti molto delicati, e, usando questi detergenti molto delicati, rimuoviamo tutte le cellule dal fegato.

Due settimane dopo, possiamo sollevare questo organo, al tocco è come un fegato, possiamo tenerlo come un fegato, assomiglia a un fegato, ma non ha cellule. Tutto quello che ci rimane è lo scheletro, se vogliamo, del fegato, tutto fatto di collagene, un materiale che è nei nostri corpi, che non provoca rigetto. Possiamo usarlo da un paziente all'altro. Prendiamo poi questa struttura vascolare e possiamo provare che tratteniamo la riserva di vasi sanguigni.

Vedete, quella è una fluoroscopia. Stiamo iniettando contrasto nell'organo. Ora potete vederlo iniziare. Stiamo iniettando il contrasto nell'organo in questo fegato decellularizzato. E potete vedere che l'albero vascolarizzato è rimasto intatto. Quando prendiamo le cellule, le cellule vascolari, cellule dei vasi sanguigni, permeiamo l'albero vascolare con le cellule del paziente. Permeiamo l'esterno del fegato con le cellule del fegato del paziente. E possiamo poi creare fegati funzionali. E questo è ciò che state vedendo. Questo è ancora sperimentale. Ma siamo in grado di riprodurre la funzionalità della struttura del fegato, sperimentalmente.

Per il fegato, come vi dicevo del primo dipinto che vi ho mostrato, la prima diapositiva che vi ho mostrato, il 90 percento dei pazienti in lista di attesa dei trapianti sta aspettando un rene, il 90 percento. Quindi, un'altra strategia che stiamo seguendo è quella di creare come delle sfoglie che mettiamo una sopra l'altra, a fisarmonica, se vogliamo. Quindi, mettiamo queste sfoglie una sopra l'altra, usando le cellule del rene. E poi qui vedete questi reni in miniatura che abbiamo ingegnerizzato. Stanno effettivamente creando urina. Di nuovo, piccole strutture, la nostra sfida sta nel farle più grandi, e questa è una cosa sulla quale stiamo lavorando proprio ora presso l'Istituto. Una delle cose che volevo quindi riassumere per voi è una strategia che stiamo contemplando nella medicina rigenerativa.

Se possibile vorremmo davvero utilizzare biomateriali intelligenti che possiamo semplicemente avere a disposizione in qualsiasi momento per rigenerare i vostri organi. Siamo limitati dalle distanze in questo momento, ma il nostro scopo è quello di incrementare quelle distanze col tempo. Se non possiamo usare biomateriali, allora preferiremmo utilizzare le vostre stesse cellule.

Perché? Perché non verranno rigettate. Possiamo prendere cellule da voi, creare la struttura, rimetterla in voi, e non verrebbe rigettata. E se possibile, preferiremmo utilizzare le cellule dal vostro organo specifico. Se vi presentate con una trachea malata ci piacerebbe prendere le cellule dalla vostra trachea. Se vi presentate con un pancreas malato ci piacerebbe prendere le cellule da quell'organo.

Perché? Perché preferiremmo prendere quelle cellule che già sanno che quelle sono i tipi di cellula che volete. Una cellula di trachea sa già di essere una cellula di trachea. Non abbiamo bisogno di insegnarle a diventare un altro tipo di cellula. Quindi, preferiamo cellule specifiche di un organo. E oggi possiamo ottenere cellule da quasi tutti gli organi del vostro corpo, eccetto alcuni per i quali abbiamo ancora bisogno di cellule staminali, come il cuore, il fegato, i nervi e il pancreas. E per quelli abbiamo ancora bisogno di cellule staminali. Se non possiamo usare le cellule staminali dal vostro corpo allora ci piacerebbe usare cellule staminali donate. E preferiamo cellule che non verranno rigettate e che non formeranno tumori.

E stiamo lavorando molto con le cellule staminali su cui abbiamo pubblicato due anni fa, cellule staminali dal fluido amniotico, e dalla placenta, che hanno queste proprietà. Quindi, a questo punto, voglio parlarvi di alcune delle maggiori sfide che dobbiamo affrontare. Sapete, vi ho appena mostrato questa presentazione, tutto sembra andare così bene, tutto funziona. In realtà no, queste tecnologie in realtà non sono così semplici. Parte del lavoro che avete visto oggi è stato compiuto da oltre 700 ricercatori al nostro istituto in un arco di tempo di 20 anni.

Quindi, queste sono tecnologie molto difficili. Una volta che hai la formula giusta puoi replicarla. Ma ci vuole molto per raggiungerla. Quindi, mi piace sempre mostrare questo fumetto. Ecco come fermare una diligenza in fuga. E qui vedete il guidatore della diligenza, e lui va, nel pannello superiore, Va da A, a B, a C, a D, a E, a F. Finalmente ferma la diligenza in fuga. E quelli sono normalmente gli scienziati di base. Quelli sotto sono di solito i chirurghi. (Risate) Io sono un chirurgo, non è così divertente. (Risate)

Ma in realtà il metodo A è l'approccio corretto. E quello che voglio dire è che ogni volta che abbiamo lanciato una di queste tecnologie alla clinica, ci siamo assicurati di aver fatto tutto il possibile nel laboratorio prima di lanciare queste tecnologie sui pazienti. E quando lanciamo queste tecnologie sui pazienti vogliamo assicurarci di porci una domanda molto difficile. Sei pronto a inserire questo nel tuo amato? In tuo figlio? Un membro della tua famiglia? Poi procediamo. Perché, chiaramente, il nostro fine principale, è, prima di tutto, non causare danno.

Vi mostrerò ora, un filmato molto breve. È un filmato di cinque secondi di una paziente che ha ricevuto uno degli organi ingegnerizzati. Abbiamo iniziato ad impiantare alcune di queste strutture più di 14 anni fa. Quindi, abbiamo pazienti che girano con organi, organi ingegnerizzati, da oltre 10 anni, anche. Vi mostrerò un filmato di una giovane signorina. Aveva un difetto di spina bifida, un'anormalità del midollo spinale. Non aveva una vescica normale. Questo è un segmento dalla CNN. Ci mettiamo solo 5 secondi. Questo è un segmento prodotto da Sanjay Gupta.

Video: Kaitlyn M: Sono felice. Avevo sempre paura che avrei avuto un incidente, o qualcosa del genere. E ora posso semplicemente andare e uscire con i miei amici, andare a fare qualsiasi cosa io voglia.

Anthony Atala: Vedete, alla fine, la promessa della medicina rigenerativa è una sola promessa. Ed è davvero molto semplice, far stare meglio i nostri pazienti. Grazie dell'attenzione. (Applausi)