Передовая лаборатория Энтони Альта выращивает человеческие органы от мышц до кровеносных сосудов и даже более сложных. На TEDMED он показывает результаты своей биоинжинерной работы с фантастичными штуковинами, как похожий на печку биореактор (разогретый до 36,6 С) и устройство, "печатающую" человеческую ткань.
Это картина, которая висит в библиотеке Кэунтвэй Гарвардской медицинской школы. И на ней изображена первая в мире трансплантация органа. На переднем плане вы видите Джо Мюрея, который подготавливает пациента к трансплантации, а на заднем плане - Хартвела Харисона, руководителя отделения урологии Гарварда, который извлекает почку. Почка это первый орган, который был пересажен человеку.
Это было в 1954. 55 лет назад они до сих пор имеют дело с весьма схожими проблемами как и много десятилетий назад. Конечно, был сделан значительный прогресс, было спасено много жизней. Но мы испытываем огромный дефицит органов. За последнее десятилетие, количество пациентов, которые ожидают трансплантации, удвоилось. В то же время, количество органов для трансплантации остается практически неизменным. Это имеет непосредственное отношение к нашему стареющему населению. Мы просто стареем. Медицина делает все возможное что бы сохранить наши жизни. Но с возрастом, наши органы начинают отказывать чаще.
И это испытание, не только для органов, но и для тканей. Мы пытаемся заменить поджелудочную железу, пытаемся заменить нервы, которые могут помочь нам с болезнью Паркинсона. Это основные положения. Это действительно ошеломляющая статистика. Каждые 30 секунд пациент умирает от болезней, которые могли бы быть излечены регенерацией или заменой тканей. Ну, и что же мы с этим можем сделать? Сегодня вечером мы говорили о стволовых клетках. И Это один из способов добиться поставленной цели. Но нет способа доставки стволовых клеток в организм пациента, если говорить конкретно о лечении органов.
А не было бы лучше, если бы наше тело могло восстанавливаться? Не было бы замечательно, если бы мы смогли обуздать возможности своих тел, что бы самих себя исцелять? Это не такая уж чуждая идея. Это происходит на Земле каждый день. Это же описание саламандры. Саламандры имеют удивительные способности к регенерации. Вот небольшое видео. У этой саламандры повреждение конечности. Это настоящие фотографии, синхронные фотографии, демонстрирующие регенерацию конечности за несколько дней. Вы видите шрамоподобное образование. И этот шрам вырастает в новую конечность.
Итак, саламандра может это делать. Почему же мы не можем? Почему люди не регенерируют? Ну, вообще-то мы можем регенерировать. В ваших организмах много органов и каждый орган в вашем теле имеет набор клеток которые готовы заменить собой поврежденные. Это происходит каждый день. Когда вы взрослеете, когда выростаете. Ваши кости обновляются каждые 10 лет. Ваша кожа обновляется каждые две недели. Так что ваше тело постоянно регенерирует. Проблемы возникают во время травмы. Во время травмы или болезни, первая реакция организма изолировать повреждение от остальной части организма. В сущности, организм хочет предотвратить заражение, и изолирует себя или свои органы внутри тела, или ваша кожа, первая реакция которой создать шрам, который изолирует организм от внешней среды.
Итак, как же нам обуздать эту силу? Один из способов достичь этого это использование умных биоматериалов. Как это работает? Ну, тут слева вы видите поврежденную уретру. Это канал, который соединяет мочевой пузырь с наружной частью тела. Как видите - он поврежден. Фактически, мы обнаружили, что можно использовать эти умные биоматериалы, что их можно использовать как мост. Если вы построите такой мост и изолируете от внешней среды, тогда вы в состоянии создать такой мост и клетки, которые регенерируют в вашем теле, смогут пересечь этот мост и занять это пространство.
Именно это мы тут и наблюдаем. Это умные биоматериалы которые мы используем, что бы лечить пациентов. Поврежденную уретру вы видите слева. Посередине - мы использовали этот биоматериал. И наконец, через шесть месяцев - справа, вы видите востановленую уретру. Выходит, что ваше тело может регенерировать, но только на небольших расстояниях. Максимальное эффективное расстояние для регенерации всего лишь около одного сантиметра. Итак, мы можем использовать эти умные биоматериалы но только на растояниях около сантиметра, что бы закрывать эти поврежденные участки.
Значит, мы все-таки регенерируем, но только в небольшом масштабе. Так что бы нам теперь делать, если поврежден орган большого размера? Что нам делать, когда мы имеем повреждение структур, которые значительно больше чем один сантиметр? Тогда мы можем начать использовать клетки. Стратегия тут следующая. Если пациент пришел к нам с больным или травмированным органом, можно взять очень маленький кусочек ткани из этого органа, меньше чем половина почтовой марки, далее можно разделить этот кусочек ткани, и посмотреть на его базовые составные части, клетки пациента, извлечь эти клетки, вырастить и размножить их вне тела в большом количестве, а потом мы сможем использовать полученный материал как подложку.
Для невооруженного глаза он выглядят как кусок блузки, или рубашки, но на самом деле этот довольно сложный материал и он спроектированы таким образом, что бы разлагаться внутри тела. Он полностью растворяются через несколько месяцев. Он работают только как транспорт для доставки клеток. Он доставляют клетки в организм. Позволяет клеткам регенерировать в новую ткань, а как только ткань востановилась, подложка растворяется.
Именно это мы сделали с этим куском мышцы. Здесь показан кусок мышцы и как мы работали со структурами, чтобы сконструировать мышцу. Мы взяли клетки, размножили их, поместили клетки на материале-подложке, а потом имплантировали этот материал пациенту. Но, на самом деле, до того как имплантировать подложку, мы тренируем ее. Мы хотим убедиться, что мы натренировали эту мышцу, так что она будет знать, что делать как только мы ее имплантируем пациенту. Именно это вы тут видите. Это мускульный био-реактор, который тренирует мышцу на сжатие и растяжение
Хорошо. Все что мы тут видим - это плоская структура мышцы. А что же с другими структурами? Это сконструированный кровеносный сосуд. Очень похож на то, что мы только что демонстрировали, но немного сложнее. Мы берем подложку, и фактически - подложка это как лист бумаги. И потом мы можем свернуть в трубочку эту подложку. Для создания кровеносного сосуда мы используем такую же стратегию. Сосуды состоят из двух разных типов клеток. Мы берем мышечные клетки и обклеиваем или скорее покрываем внешнюю сторону сосуда ими, очень похоже на выпечку слоеного пирога, если вы его когда-то делали.
Размещаем мышечные клетки на внешней стороне. Сосудистые выстилающие клетки внутри. Теперь у нас есть полностью покрытая клетками подложка. Теперь ложим ее в устройство похожее на печь. В ней создаются такие же условия, как и в человеческом теле, 37 градусов Цельсия, 95 процентов кислорода. Потом ее надо натренировать, как вы уже видели на записи.
И справа вы видите воссозданую сонную артерию. Это артерия, которая идет от шеи к мозгу. А этот рентгеновский снимок показывает чистый, работающий кровеносный сосуд. Более сложные структуры как сосуды, уретры, которые я вам показывал, определенно более сложные, поскольку используется два разных типа клеток. Но, в основном, они используются как трубопровод в организме. Жидкости или воздуху разрешено проходить постоянно. Они и близко не такие сложные как полые органы. Полые органы имею намного более сложное строение, потому что эти органы работают по требованию.
Мочевой пузырь - это один из таких органов. Идея та же, мы берем очень маленький кусочек мочевого пузыря, менше половинки почтовой марки. Потом мы разделяем ткань на части на две независимые составляющие, мышечную ткань и специализированную ткань мочевого пузыря. Мы выращиваем клетки вне тела в больших количествах. Для выращивания клеток, взятых из органа, требуется около четырех недель. Потом мы берем подложку, которой придается форма мочевого пузыря. Внутреннюю часть мы покрываем выстилающими клетками мочевого пузыря. А внешнюю - мышечными клетками. Затем мы помещаем все это в устройство, напоминающее печьку. Через шесть, восемь недель после того как была взята ткань можно имплантировать орган пациенту.
Это подложка. Материал был покрыт клетками. Когда мы проводили первые клинические испытания мы создавали подложку для каждого пациента индивидуально. Мы приводили пациентов, за шесть, восемь недель до запланированной операции, делали рентген, а потом составляли подложку по размерам тазовой впадины конкретного пациента. На втором этапе испытаний у нас было всего несколько размеров, маленький, средний, большой и очень большой. (Смех) Нет. правда. И я уверен, что каждый хотел бы себе самый большой размер. Правда? (Смех)
Так что, мочевой пузырь, определенно, немного сложнее чем другие структуры. Но есть другие, еще более сложные полые органы. Это сердечный клапан, который мы сконструировали. И способ, с помощью которого он был создан - аналогичен. Мы берем подложку, покрываем ее клетками, и вот вы уже видите как створки клапана открываются и закрываются. Это тренировка до имплантации. Идея такая же.
И самые сложные - это цельные органы. Цельные органы более сложные, потому что нужно использовать намного больше клеток на единицу обьема Это простой цельный орган - ухо. Вот хрящ покрывается клетками. Это похожее на печь устройство; Как только хрящ полностью покроют, его поместят туда. И через несколько недель мы сможем вынуть хрящ-основу.
А это палец, который мы конструировали. Он был сделан послойно, по слою за раз, сначала создается кость, потом промежутки заполняются хрящем. Затем добавляется мышечную ткань на верх. И вы начинаете создавать послойно эту цельную структуру. И снова, намного более сложные органы. но самые сложные цельные органы пронизаны кровеносными сосудами, очень сильно ими пронизаны, в них очень много кровеносных сосудов, такие органы как сердце, печень, почки. Вот пример нескольких стратегий создания цельных органов.
Одна из них - использование принтера. Вместо чернил мы используем – только что вы видили картридж струйного принтера -- мы используем клетки. Это обычный струйный принтер. Он печатает двухкамерное сердце, по слою за раз. вы видите как сердце выходит оттуда. Надо около 40 минут для печати, и примерно через 6 часов мышечные клетки начинают сокращаться. (Аплодисменты) Эта технология была изобретена Тао Жу, который работает в нашем институте. Эта технология, конечно же, экспериментальная, мы ее не используем на пациентах.
Другая стратегия, которую мы используем это использование органов с извлеченными клетками. Мы берем донорский орган, отбракованный орган, и очень мягко очищаем его от всех клеток этого органа. К примеру, на левой панели, сверху, вы видите печень. Мы берем донорскую печень, используем мягкое очищение, и с помощью этого очищения извлекаем все клетки из печени.
Через 2 недели мы можем взять этот орган, он будет на ощупь как печень, мы его сможем держать как печень, он будет выглядеть как печень, но в нем не будет клеток. Все что у нас осталось это скелет печени, состоящий из коллагена, материал, который не отторгается нашими телами. Мы можем его использовать от пациента к пациенту. И вот мы имеем структуру кровеносных сосудов и мы можем доказать, что сохраняется кровоснабжение.
Как вы видите на этой флюороскопии. Мы ввели контраст в орган. Вот, видно как он распространяется. Мы вводим контраст в орган в эту печень, из которой извлечены все клетки. Вы видите что сосудистое дерево осталось нетронутым. Затем мы берем клетки, кровеносные клетки, клетки кровеносных сосудов, мы покрываем сосудистое дерево клетка самого пациента. Мы покрываем внешнюю часть печени так же клетками печени пациента. И, таким образом, мы можем создать работающую печень. И это, собственно, то, что вы видите. Это пока еще эксперименты. Но мы в состоянии воссоздать функциональность печени, экспериментально.
Для почек, я вам уже рассказывал про первого пациента, которого вы сегодня видели, на первом слайде, который я вам показывал, 90 процентов пациентов, в списке ожидающих трансплантацию, ожидают почку, 90 процентов. Тут мы используем другую стратегию мы создаем пластинки которые мы складываем вместе, гармошкой. Итак, мы складываем эти пластинки вместе, используя почечные клетки И вот вы видите эти небольшие почки которые мы сконструировали. И они действительно производят мочу. И снова, это небольшие структуры, наша задача - это сделать их больше, и это то, над чем мы работаем прямо сейчас в институте. Мне бы хотелось обобщить стратегии, которые мы используем для регенерационной медицины.
Если это вообще возможно мы хотели бы использовать умные биоматериалы, которые можно просто взять с полки и восстановить наши орган. Мы ограничены расстоянием сейчас, но нашей целью является увеличение этого расстояния со временем. Если нет возможности использовать биоматериалы, тогда мы используем ваши клетки.
Почему? Да потому что они не отторгаются. Мы можем взять у вас клетки создать из них структуру, имплантировать ее вам и она не будет отторгаться. И если возможно, мы предпочитаем использовать клетки из конкретного органа. Если у вас больные легкие тогда мы предпочитаем использовать клетки из ваших легких Если у вас больная поджелудочная тогда мы хотели бы использовать клетки именно этого органа.
Почему? Потому что лучше использовать эти клетки которые уже знают что они клетки того типа который вам нужен. Клетки легких уже знают, что они клетки легких. Нам не надо их обучать быть клетками другого типа. Итак, мы предпочитаем клетки конкретных органов. Сегодня мы можем получить клетки практически из любого органа, кроме нескольких, для которых нам до сих пор приходится использовать стволовые клетки, это сердце, печень, нервы и поджелудочная. Для этих органов нам нужны стволовые клетки. Если мы не можем использовать стволовые клетки из вашего организма тогда мы будем использовать стволовые клетки донора. И мы предпочитаем стволовые клетки, которые не отторгаются и не будут образовывать опухолей.
И мы много работаем со стволовыми клетками, мы опубликовали наши исследования 2 года назад, о стволовых клетках из околоплодовой жидкости, и плаценты, которая имеет нужные свойства. На данном этапе, я хочу вам рассказать об основных трудностях, с которыми мы сталкиваемся. Знаю, я только что показал вам это презентацию, все выглядит очень хорошо, все работает. Но на самом деле - нет, эти технологии не так просты. Некоторые из работ, которые вы сегодня увидели были осуществлены более чем 700 исследователями в нашем институте на протяжении 20 лет.
Так что это очень сложная технология. Как только вы получили правильную формулу, вы можете использовать ее. Но многое требуется, что бы ее получить. Мне всегда нравится показывать эту карикатуру. Вот как остановить мчащуюся карету. Вот кучер и он, в верхней части карикатуры он делает шаги A, B, C, D, E, F. И наконец, останавливает мчащуюся карету. Так поступают обычные ученые, А внизу - это хирурги. (Смех) Я хирург, поэтому это не так смешно. (Смех)
Но на самом деле, метод А - это правильный метод. И это означает, что когда мы запустим одну из этих технологий в больницах мы должны быть абсолютно уверены что мы сделаем все что в наших силах в лаборатории до того как мы начнем применять эту технологию на пациентах. И только тогда запускать эту технологию на пациентах мы должны быть уверены, что поставили себе очень сложный вопрос. Готовы ли мы имплантировать это в свою любимую, в своего ребенка, в члена своей семьи, и только тогда давать добро. Потому что наша главная цель, конечно же, это прежде всего не навредить.
Я вам покажу очень маленький видеоролик, Это пятисекундный ролик о пациенте который получил сконструированный орган. Мы начали имплантировать некоторые созданные нами структуры более 14 лет назад. Так что сейчас есть люди вокруг нас с органами, сконструированными органами уже более 10 лет. Я вам покажу ролик об одной молодой особе. У нее была расщелина в позвоночнике, аномалия спинного мозга. У нее не было нормального мочевого пузыря. Это кусочек из выпуска CNN. Мы взяли только 5 секунд. Это участок, за который отвечала Саня Гупта.
Видео: Кэйтлин М: Я счастлива. Я всегда боялась что со мной произойдет несчастный случай или еще что-то. А сейчас я могу просто ходить и выходить с моими друзьями, и вообще ходить куда хочу.
Энтони Альта: Видите, по большому счету, обещание регенерационной медицины это одно единственное обещание. И оно очень простое сделать так, что бы нашим пациентам стало лучше. Спасибо за внимание. (Аплодисменты)
