ノースカロライナ州ウィンストンセーラムの過酷な照明の実験室には、標準的な問題のデスクトッププリンターに似た、多くの点でマシンがあります。 インクリザーバーとノズル、冷却を維持するための内部ファン、および近くのコンピューターに接続するために使用できる入力ジャックのセットがあります。 時折ジャムの影響を受けます。 それでも、800ポンドの鋼鉄とプラスチックのデバイスは、これまでに遭遇したものとは異なります。なぜなら、何百万もの生きたヒト細胞が粘り気のあるゲルに含まれ、震えるシミュレーションで繊細な生分解性のサポートを通して織り込まれているからです人間の組織。
この物語から
その場組織再生：宿主細胞の募集と生体材料の設計
購入関連性のあるコンテンツ
- 顔を救う：先駆的な外科医が顔面移植の限界を押し広げる方法
多数の科学者とエンジニアが組織と臓器の統合印刷システム（ITOP）を構築して改良するのに10年かかりました。 しかし、最終的には、それは独身の男の発案です：アンソニー・アタラという名前の乱れた髪の59歳の医者。 ペルーで生まれ、マイアミの外で育ったアタラは、今日、ウェイクフォレスト再生医療研究所の所長であり、過去10年間、生体器官の印刷を試みてきました。
「私にとっては、1990年代初頭にボストンですべてが始まりました」と泌尿器科外科医およびバイオテクノロジー専門医は振り返ります。 「移植臓器不足に本当に直面したのはそのためです。」当時、アタラはハーバード大学医学部の研究員として、医学部での最初のギグで働いていました。 毎週、ボストン小児病院でのラウンド中に、彼は別の若い患者に会いました。若い患者は、交換臓器を待つために何ヶ月も、あるいは何年も待っていました。 交換用の腎臓または肝臓が見つかる前に死亡した人もいました。 他の人は、移植された臓器に対して重度の免疫学的反応を示しました。 アタラは、解決策が明確であると信じていました。患者自身の細胞から培養され、外科的に体内に移植された実験室で成長した臓器。
「当時は非常にサイエンスフィクションのように聞こえました」とアタラは回想しますが、「それは未来だと確信していました。」1999年、画期的な実験で、アタラと組織工学および細胞治療研究所の研究者チーム小児病院では、尿道と腸に影響を及ぼす衰弱性疾患である重度の二分脊椎を患う7人の子供のために、交換用膀胱を構築しました。 臓器を構築するために、研究者たちは最初にコラーゲンと合成ポリマーの足場、または基礎を手作りしました。 彼らは患者から組織サンプルを採取し、その組織の細胞を液体で培養しました。 その後、関連する患者の細胞（外側の筋肉細胞と内側の膀胱細胞）で基礎をコーティングし、細胞を足場で「調理」または成長させました。
最初のカスタムメイドの膀胱が患者に移植されてから7年後、Atalaと小児病院の泌尿器科医であるAlan Retikは、7人の患者全員が健康であると発表しました。 研究室で栽培された臓器が、病気の生物学的対応物の代替品として成功裏に使用されたのはこれが初めてでした。 ある新聞は、結果を「薬の聖杯」と称賛しました。
アタラは喜んだ。 しかし、オルガンを手作業で構築することは、需要を満たすには時間と労力がかかりすぎることを知っていました。 本当に必要だったのは、ヘンリーフォードスタイルの自動化です。 2004年、アタラは、ウェイクフォレストでそのようなイニシアチブを主導することに同意しました。
新しい体の部分をオンラインで注文できる場合は、この医師に感謝する必要があります。もともと製造用に開発されていた3Dプリンターは、2000年代半ばまでにプラスチックをはるかに超えていました。 素材を考えてみてください。誰かがそれを印刷していました：ナイロン、ステンレス、チョコレート。 「私は、バイオテクノロジーに本当に焦点を合わせるために、機関と州の間の調整を見ました」とアタラは言います。 「これらのテクノロジーを患者にプッシュする場合、そのインフラストラクチャとサポートが必要であることがわかっていました。」
長年にわたり、アタラと彼のスタッフは、人間の臓器のカスタマイズされた足場を印刷できるプリンターを開発することができました。 それから彼らは、非常に少量ではあるが、患者に皮膚細胞を直接印刷できるプリンターを構築しました。 しかし、組織の印刷は大きな課題であることが判明しました。これは、組織の拡大にも血液と栄養素の安定した流れが必要なこともあります。 彼らは臓器の細胞を印刷することも、血管やその他の支持組織を印刷することもできましたが、臓器が生き残るような方法で両方を同時に印刷することはできませんでした。
次に、その本質的なブレークスルー技術を備えたITOPが登場しました。 ユニークなリザーバーは、以前のプリンターモデルよりも長い間、人間と動物の細胞を生き続けます。 そして、非常に正確な針、またはジェットは、それぞれが200ミクロンの「マイクロチャネル」の格子を生体材料に印刷します。 これらの血管は、栄養素が組織を通って流れることを可能にします。 Nature Biotechnologyで今年初めに発表された論文で、Atalaと5人のWake Forestの研究者は、ITOPに印刷された軟骨、骨、筋肉組織がげっ歯類にうまく移植され、2か月後に組織が血液システムを発達させたことを明らかにしました血管と神経。 政府の承認が出るまで、ヒト患者の検査は来年かそこらに続くと思われます。
その意味を理解するのに、熱心な未来派は必要ありません。 ITOPなどの機械が商業生産に移行した場合、いつか交換用スキンを「注文」できる可能性があります。 機械が改良されると、皮膚の印刷から腎臓などの非常に複雑な臓器の印刷に進化する可能性があります。 世界中の病院は、ITOPの子孫を備えています。 臓器不足は過去のものになります。
それがアタラをバイオテクノロジーにもたらした夢であり、それが彼を前進させ続けています。 しかし、Atalaは忍耐に助言します。人間のバイオプリント素材のテストには数年かかる場合があります。 それまでの間、彼は泌尿器科の診療を維持しており、手術室でのスティントに加えて、週に多数の患者を見続けています。 「それは私にとって重要です」と彼は言います。「それはあなたが誰に仕えているのか、あなたが誰のためにこれをやっているのかを思い出させるものだからです。 この技術の目的は、患者の生活を改善することです。 フルストップ。」
わずか12ドルで今すぐスミソニアン誌を購読する
この記事は、スミソニアン誌の12月号からの抜粋です
購入
