זקוקים לאיבר חדש? המנתח אנתוני אטאלה רואה עתיד בו תוכלו פשוט להדפיס אותו

במעבדה מוארת בחריפות בווינסטון-סאלם, צפון קרוליינה, יושבת מכונה הדומה, במובנים רבים, למדפסת שולחנית להנפקה רגילה. יש לו מאגרי דיו וחרירים, מאוורר פנימי בכדי לשמור על קור רוח, וסט שקעי כניסה שניתן להשתמש בהם כדי לחבר אותו למחשב סמוך. זה נתון לריבה מדי פעם. ובכל זאת מכשיר הפלדה והפלסטיק בגודל 800 פאונד אינו דומה לשום דבר שנתקלת בו אי פעם, כי מה שהוא מדפיס חי - מיליונים ומיליוני תאים אנושיים חיים, הכלולים בג'ל צמיגי ונארגים באמצעות תומכים מתכלים עדינים, בתוך הדמיה רוטטת של רקמות אנושיות.

מהסיפור הזה

Preview thumbnail for video 'In Situ Tissue Regeneration: Host Cell Recruitment and Biomaterial Design

התחדשות רקמות במצב: גיוס תאים מארחים ועיצוב ביו-חומר

קנה

תוכן קשור

להציל פנים: כיצד מנתח חלוץ אחד דוחף את גבולות השתלות הפנים

לקח עשור להרבה מדענים ומהנדסים לבנות ולשכלל את מערכת הדפסת רקמות ואיברים משולבים, או ITOP. אולם בסופו של דבר, מדובר במוח המוח של גבר יחיד: רופא בן 59 שושן שיער בשם אנתוני אטאלה. יליד פרו, וגדל מחוץ למיאמי, אטאלה - כיום מנהל מכון יער ווק לרפואה רגנרטיבית - בילה את העשור האחרון בניסיון להדפיס איברים חיים.

"מבחינתי הכל התחיל בבוסטון, בראשית שנות התשעים, " נזכר המנתח האורולוג והביוטכנולוגיה. "כיוון שכך באמת התמודדתי פנים עם מחסור באיברים להשתלות." באותה תקופה אטלה עבד את הופעתו הראשונה בבית הספר לרפואה, כעמית מחקר בבית הספר לרפואה של הרווארד. בכל שבוע, במהלך סיבוביו בבית החולים לילדים בבוסטון, הוא פגש מטופל צעיר נוסף שבילה חודשים ואפילו שנים בהמתנה לאיבר מחליף. חלקם מתו לפני שניתן היה למצוא כליה או כבד מחליפים. לאחרים היו תגובות אימונולוגיות קשות לאיברים המושתלים. אטאלה סבר כי הפיתרון היה ברור, אם היה מופרך רחוק: איברים שגדלו במעבדה טופחו מתאי המטופל עצמו והושתלו כירורגית בגוף.

"זה נשמע באותה עת מדע בדיוני", נזכר אטאלה, "אבל הייתי בטוח שזה העתיד." בשנת 1999, בניסוי ציוני דרך, אטאלה וצוות חוקרים במעבדה להנדסת רקמות וטיפול תרופתי בבית החולים לילדים בנה שלפוחית שתן להחלפה לשבעה ילדים עם צורה חמורה של עמוד השדרה, מחלה מתישה שיכולה להשפיע על דרכי השתן והמעי. כדי לבנות את האיברים, החוקרים בנו תחילה פיגומים, או יסודות, של קולגן ופולימר סינטטי. הם לקחו דגימות רקמות מהמטופלים וטיפחו את התאים מרקמה זו בנוזל. ואז הם ציפו את היסודות עם תאי המטופל הרלוונטי - תאי שריר מבחוץ ותאי שלפוחית השתן בפנים - ואפשרו לתאים "לבשל", או לצמוח, על הפיגומים.

שבע שנים לאחר שהשתלת השלפוחית הראשונה בהזמנה אישית הושתלה בחולים, הודיעו אטאלה ואלן רטיק, אורולוג בבית החולים לילדים, שכל שבעת החולים במצב בריאותי טוב. זו הייתה הפעם הראשונה שבה נעשה שימוש בהצלחה באיברים מעובדים במעבדה כתחליף לעמיתיהם הביולוגיים החולים. עיתון אחד ציין את התוצאות כ"גביע קדוש של רפואה. "

אטאלה היה מרוצה. אבל הוא ידע שבניית איברים ביד כרוכה יותר מדי זמן ומאמץ בכדי לעמוד בביקוש. מה שבאמת היה צורך היה קצת אוטומציה בסגנון הנרי פורד. בשנת 2004, אטאלה הסכימה להוביל יוזמה כזו ב- Wake Forest, שנמצאת לא רחוק ממשולש המחקר של צפון קרוליינה, מרכז ביוטק ובסיס ביתי עבור קומץ חברות הדפוס תלת מימדי.

כאשר אתה יכול להזמין חלק גוף חדש באופן מקוון, יהיה לך לרופא הזה להודות.

מדפסות תלת-ממדיות, שפותחו במקור לייצור, עברו באמצע שנות האלפיים הרבה מעבר לפלסטיק. חשבו על חומר, ורוב הסיכויים שמישהו הדפיס את זה: ניילון, נירוסטה, שוקולד. "ראיתי התאמה בין המוסד למדינה כדי להתמקד באמת בביוטכנולוגיה", אומר אטאלה. "ידעתי שאם אנו הולכים לדחוף את הטכנולוגיות הללו לחולים, היינו זקוקים לתשתית והתמיכה הזו במקום."

במהלך השנים הצליחו אטאלה וצוותו לפתח מדפסות המסוגלות להדפיס פיגומים בהתאמה אישית של איברים אנושיים, שניתן היה לצבוע אותם באופן ידני בתאים אנושיים או בעלי חיים. אחר כך הם בנו מדפסת שיכולה להדפיס תאי עור ישירות לחולה, גם אם בכמויות קטנות במיוחד. אולם הדפסת רקמות התגלתה כאתגר גדול, בין היתר משום שהרקמה המתרחבת דורשת גם זרימה קבועה של דם וחומרים מזינים. הם יכלו להדפיס את התאים לאיבר, או שהם יכולים להדפיס כלי דם ורקמות תומכות אחרות, אך הם לא הצליחו להדפיס את שניהם בו זמנית באופן שהאיבר ישרוד.

ואז הגיע ה- ITOP, עם טכנולוגיות פריצת הדרך החיוניות שלו. מאגרים ייחודיים מחזיקים חיים בתאים אנושיים ובעלי חיים לאורך זמן רב יותר מדגמי מדפסת קודמים; ומחטים מדויקות במיוחד, או מטוסים, מדפיסים עבודות סריג של "מיקרו-ערוצים", במידות 200 מיקרון כל אחת, לחומר הביובי. כלים אלה מאפשרים לזרום חומרים מזינים ברקמה. במאמר שפורסם מוקדם יותר השנה בכתב העת Nature Biotechnology, חשפו אטאלה וחמישה חוקרי יער Wake כי רקמות סחוס, עצם ושריר שהודפסו על ה- ITOP הושתלו בהצלחה במכרסמים וכי חודשיים לאחר מכן פיתחה הרקמה מערכת של דם כלי ועצבים. הבדיקות על חולי אדם ככל הנראה יבואו בשנה הבאה בערך, עד לקבלת אישור ממשלתי.

לא נדרש עתידן מחויב להבין את ההשלכות. אם וכאשר מכונה כמו ITOP אכן יוצרת לייצור מסחרי, יתכן ויום אחד ניתן "להזמין" חתיכת עור תחליף. ככל שהמכונות ישתפרו, הן עשויות להתפתח מדפוס עור להדפסת איברים מורכבים במיוחד כמו כליות. בתי חולים ברחבי העולם יצוידו בצאצאי ה- ITOP. מחסור באברים יהיה נחלת העבר.

זה החלום שהביא את אטאלה לביוטכנולוגיה, והוא ממשיך להמשיך אותו. אולם אטאלה מייעץ לסבלנות: בדיקות של חומר מודפס ביו-על על בני אדם עשויות לקחת שנים. בינתיים, הוא שמר על תרגול האורולוגיה שלו, ועדיין הוא רואה חולים רבים בשבוע, בנוסף לסטנדרטים באולם הניתוחים. "זה חשוב לי, " הוא אומר, "כי זו תזכורת למי אתה משרת - למי אתה עושה זאת. מטרת טכנולוגיה זו היא לשפר את חיי החולים. עצירה מוחלטת."