Di lantai dua Wake Forest Institute for Regenerative Medicine, tidak jauh dari lift, ada koleksi cetakan pudar yang menggambarkan momen besar dalam sejarah medis. Dalam satu, seorang apoteker Babilonia kuno memegang tinggi-tinggi sebotol obat. Lain menunjukkan dokter Yunani Hippocrates merawat seorang pasien pada abad kelima SM. Cetakan dibagikan kepada dokter setengah abad yang lalu oleh perusahaan farmasi Parke-Davis, yang disebut-sebut sebagai gulungan sejarah. Tetapi tidak sulit untuk membaca kehadiran mereka di Wake Forest, rumah bagi mungkin futuris medis konsentrasi terbesar di planet ini, sebagai lelucon utama: Dapatkah Anda percaya seberapa jauh kita telah sampai?
Dari Kisah Ini
Generasi Awet Muda
MembeliKetika saya mengunjungi institut itu, di kota tua Winston-Salem di North Carolina, saya melewati laboratorium-laboratorium yang lapang tempat para staf berlapis putih meluncur bolak-balik melintasi lantai keramik. Di satu meja, diatur seolah-olah untuk pameran seni, berbaring gips pembuluh darah ginjal, dibuat dalam warna ungu dan nila dan permen kapas. Di ujung lorong, mesin mengalirkan arus listrik sporadis melalui dua set tendon otot, satu dipotong dari tikus, yang lain direkayasa dari biomaterial dan sel.
Seorang peneliti bernama Young-Joon Seol menemui saya di pintu ke sebuah ruangan bertanda “Bioprinting.” Young-Joon, berambut kusut dan mengenakan kacamata berbingkai plastik, tumbuh di Korea Selatan dan dilatih teknik mesin di sebuah universitas di Pohang. Di Wake Forest, ia adalah bagian dari kelompok yang bekerja dengan bioprinter yang dibuat khusus di laboratorium, mesin yang kuat yang beroperasi dalam cara yang sama seperti printer 3-D standar: Objek dipindai atau dirancang menggunakan perangkat lunak pemodelan. Data itu kemudian dikirim ke printer, yang menggunakan jarum suntik untuk meletakkan lapisan materi yang berurutan sampai objek tiga dimensi muncul. Printer 3-D tradisional cenderung bekerja dalam plastik atau lilin. "Apa yang berbeda di sini, " kata Young-Joon, menyorongkan kacamata ke atas, "adalah bahwa kita memiliki kemampuan untuk mencetak sesuatu yang hidup."
Dia menunjuk mesin di sebelah kanannya. Ini memiliki kemiripan yang lewat dengan salah satu game cakar yang Anda temukan di halte jalan raya. Bingkainya terbuat dari logam berat, dindingnya transparan. Di dalamnya ada enam jarum suntik yang disusun berurutan. Salah satunya memegang plastik biokompatibel yang, ketika dicetak, akan membentuk struktur yang saling terkait perancah — kerangka, pada dasarnya — dari organ manusia yang dicetak atau bagian tubuh. Yang lain bisa diisi dengan gel yang mengandung sel manusia atau protein untuk meningkatkan pertumbuhannya.
Atala bersandar pada bioprinter 3-D yang dibuat khusus. Tujuh puluh empat persen orang Amerika berpikir bahwa organ yang direkayasa secara biologis adalah "penggunaan teknologi yang tepat". Jumlah printer 3-D yang digunakan oleh pusat medis diperkirakan akan berlipat ganda dalam lima tahun ke depan. (Jeremy M. Large) 
Di masa depan, institut itu berharap bisa mengecambahkan perancah yang dibuat pada printer seperti ini dengan sel hidup untuk menghasilkan bagian-bagian tubuh yang dapat ditransplantasikan. (Jeremy M. Large) 
Dalam apa yang disebut teknologi "body on a chip", para peneliti menggunakan empat organ skala kecil yang direkayasa lab pada chip merah yang dihubungkan oleh tabung yang beredar sebagai pengganti darah, untuk menguji efek patogen, obat-obatan dan bahan kimia pada tubuh manusia. (Jeremy M. Large) 
Telinga adalah salah satu struktur pertama yang coba dikuasai laboratorium sebagai batu loncatan menuju yang lebih rumit. (Jeremy M. Large) 
Bioprinter 3-D yang dibuat khusus berfungsi dengan plastik biokompatibel untuk membentuk struktur yang saling terkait dari perancah. (Jeremy M. Large) 
Seekor babi hantu "hantu" dilucuti dari sel-sel jaringannya. Beberapa peneliti berharap untuk mentransplantasikan organ-organ tersebut ke dalam orang-orang setelah menyemainya dengan sel manusia. (Texas Heart Institute) 
Para peneliti di Wake Forest Institute for Regenerative Medicine menciptakan perancah — kerangka, pada dasarnya — untuk wajah bagian bawah dan telinga kanan. (Jeremy M. Large) 
Akhirnya suatu objek yang dibuat pada printer 3-D akan menjadi bagian dari tubuh pasien seperti halnya organ tempat orang tersebut dilahirkan. (Jeremy M. Large) 
Suatu alat yang suatu hari nanti dapat menguji obat-obatan mensirkulasikan pengganti darah ke organoid kecil yang tumbuh di laboratorium yang meniru fungsi jantung, hati, paru-paru dan pembuluh darah. (Jeremy M. Large) Ketika scaffold sedang dicetak, sel-sel dari pasien yang dituju dicetak ke, dan ke dalam, scaffold; struktur ditempatkan di inkubator; sel-sel berkembang biak; dan pada prinsipnya objek ditanamkan ke, atau ke, pasien. Pada waktunya, objek tersebut menjadi bagian dari tubuh pasien sama seperti organ yang dilahirkannya. "Lagipula itulah harapannya, " kata Young-Joon.
Young-Joon telah memprogram salah satu printer untuk memulai proses menciptakan perancah untuk telinga manusia, dan ruangan itu dipenuhi dengan dentingan elektronik yang nyaman yang hanya terputus-putus oleh hembusan nafas sesekali dari printer — pelepasan udara terkompresi yang menyimpannya. kerja. Mengintip melalui kasing kaca, saya bisa melihat perancah muncul secara bertahap — kecil, halus, sangat mirip telinga . Karena prosesnya akan memakan waktu berjam-jam, Young-Joon memberiku versi yang sudah selesai untuk ditangani. Itu ringan; itu bersandar di telapak tanganku seperti kupu-kupu.
Struktur eksternal telinga adalah salah satu struktur pertama yang coba dikuasai lembaga ini di Wake Forest (dan pusat penelitian lainnya), sebagai batu loncatan menuju yang lebih rumit. Staf Wake Forest telah menanamkan kulit bioprint, telinga, tulang, dan otot pada hewan laboratorium, di mana mereka tumbuh dengan sukses ke dalam jaringan di sekitarnya.
Bagi para penginjil bioprinting, yang terus bertambah — jumlah printer 3-D yang dikirim ke fasilitas medis diperkirakan akan berlipat ganda dalam lima tahun ke depan — uji coba itu adalah pertanda dunia yang baru sekarang mulai menjadi fokus: dunia tempat pasien memesan suku cadang untuk tubuh mereka dengan cara yang sama seperti yang mereka gunakan untuk memesan karburator pengganti untuk Chevy mereka.
"Pikirkan itu seperti model Dell, " kata Anthony Atala, seorang ahli urologi pediatrik dan direktur institut, merujuk pada model hubungan "langsung" perusahaan komputer yang terkenal antara konsumen dan produsen. Kami sedang duduk di kantor Atala di lantai empat pusat penelitian. “Anda akan memiliki perusahaan yang ada untuk memproses sel, membuat konstruksi, jaringan. Dokter bedah Anda mungkin mengambil CT scan dan sampel jaringan dan mengirimkannya ke perusahaan itu, ”katanya. Seminggu kemudian, sebuah organ akan tiba dalam wadah steril melalui FedEx, siap untuk implantasi. Presto, ubah-o : Sepotong baru saya — tentang Anda — dibuat berdasarkan pesanan.
"Yang menarik adalah bahwa tidak ada tantangan bedah yang nyata, " kata Atala. "Hanya ada rintangan teknologi yang harus Anda atasi untuk memastikan jaringan rekayasa berfungsi dengan benar di tempat pertama."
Kita semakin dekat, dengan organ "sederhana" seperti kulit, telinga luar, trakea seperti tabung. Pada saat yang sama, Atala tidak bisa tidak melihat apa yang akan terjadi selanjutnya. Pada saat paling optimis, ia suka membayangkan industri bioprinting luas yang mampu mengeluarkan organ besar dan kompleks yang tanpanya tubuh akan gagal, seperti hati atau ginjal. Sebuah industri yang dapat membuat transplantasi tradisional — dengan waktu tunggu yang lama, seringkali fatal dan risiko penolakan organ yang selalu ada — benar-benar usang.
Ini akan menjadi revolusi medis penuh. Itu akan mengubah segalanya. Dan jika dia benar, Bangun Hutan, dengan bioprinter mendengkur dan telinga berdaging dan pembuluh darah dan pembuluh darah warna-warni bisa di mana semuanya dimulai.
Gagasan bahwa bagian diri kita yang rusak bisa diganti dengan bagian yang sehat, atau bagian dari orang lain, merentang kembali berabad-abad. Cosmas dan Damian, santo pelindung ahli bedah, dituduh telah melampirkan kaki Moor Ethiopia yang baru saja meninggal ke seorang Romawi kulit putih pada abad ketiga Masehi, sebuah subjek yang digambarkan oleh banyak seniman Renaissance. Pada abad ke-20, pengobatan akhirnya mulai mengejar imajinasi. Pada tahun 1905, dokter spesialis mata Eduard Zirm berhasil memotong kornea mata dari seorang bocah laki-laki berusia 11 tahun yang terluka dan beremigrasi ke dalam tubuh seorang buruh tani Ceko berusia 45 tahun yang matanya telah rusak ketika ia mengapur jeruk nipis. Satu dekade kemudian, Sir Harold Gillies, kadang-kadang disebut sebagai pendiri operasi plastik, melakukan pencangkokan kulit pada tentara Inggris selama Perang Dunia I.
Tetapi transplantasi organ utama yang berhasil pertama - organ yang penting bagi fungsi manusia - tidak terjadi sampai 1954, ketika Ronald Herrick, 23 tahun dari Massachusetts, menyumbangkan salah satu ginjalnya yang sehat kepada saudara kembarnya, Richard, yang menderita nefritis kronis. Karena kembar Herrick yang identik memiliki DNA yang sama, Joseph Murray, seorang ahli bedah di Rumah Sakit Peter Bent Brigham (sekarang dikenal sebagai Brigham dan Wanita), yakin ia menemukan masalah jangka panjang seputar masalah penolakan organ.
Dalam otobiografinya, Bedah Jiwa, Murray mengenang saat kemenangan. “Ada keheningan kolektif di ruang operasi saat kami dengan lembut melepas klem dari pembuluh yang baru menempel pada ginjal donor. Ketika aliran darah pulih, ginjal Richard yang baru mulai membesar dan menjadi merah muda, ”tulisnya. "Ada seringai di sekitar." Dengan Herricks, Murray telah membuktikan poin penting tentang miopia biologis kita, wawasan yang mendorong begitu banyak bioteknologi mutakhir saat ini: Tidak ada pengganti untuk menggunakan bahan genetik pasien sendiri.
Ketika ilmu bedah membaik seiring dengan perawatan imunosupresif yang memungkinkan pasien untuk menerima organ asing, apa yang tadinya tampak tidak terjangkau menjadi kenyataan. Transplantasi pankreas pertama yang berhasil dilakukan pada tahun 1966, transplantasi jantung dan hati pertama pada tahun 1967. Pada tahun 1984, Kongres telah mengesahkan Undang-Undang Transplantasi Organ Nasional, yang menciptakan registrasi nasional untuk pencocokan organ dan berusaha memastikan bahwa organ donor didistribusikan secara adil. . Di rumah sakit di seluruh negeri, dokter menyampaikan berita selembut mungkin— Suplai tidak memenuhi permintaan, Anda harus bertahan — dan dalam banyak kasus mereka menonton ketika pasien meninggal menunggu nama mereka terangkat ke daftar. atas daftar. Masalah mendasar ini belum hilang. Menurut Departemen Kesehatan & Layanan Kemanusiaan AS, 21 orang meninggal setiap hari di negara ini sendirian menunggu organ. "Bagi saya, permintaan itu bukan hal yang abstrak, " kata Atala baru-baru ini. “Itu sangat nyata, sangat memilukan, dan itu membuat saya. Itu mendorong kami semua untuk menemukan perbaikan baru. ”
Atala, yang berusia 57 tahun, kurus dan sedikit bungkuk, dengan rambut cokelat goyang dan kemewahan yang mudah — ia mendorong semua orang untuk memanggilnya Tony. Lahir di Peru dan dibesarkan di Florida, Atala memperoleh gelar MD dan pelatihan khusus dalam bidang urologi di University of Louisville. Pada tahun 1990, ia menerima beasiswa selama dua tahun di Harvard Medical School. (Hari ini, di Wake Forest, ia masih memblokir setidaknya satu hari dalam seminggu untuk menemui pasien.) Di Harvard ia bergabung dengan gelombang baru ilmuwan muda yang percaya satu solusi untuk kekurangan donor organ mungkin adalah penciptaan, di laboratorium, suku cadang.
Di antara proyek-proyek besar pertama mereka adalah mencoba menumbuhkan kandung kemih manusia — organ yang relatif besar, tetapi berlubang, cukup sederhana dalam fungsinya. Dia menggunakan jarum jahit untuk menjahit perancah biodegradable dengan tangan. Kemudian, ia mengambil sel urothelial dari kandung kemih dan saluran kemih dari pasien potensial dan melipatgandakannya di laboratorium, kemudian ia menerapkan sel-sel ke struktur. "Rasanya seperti membuat kue lapis, " kata Atala padaku. “Kami melakukannya satu lapis pada satu waktu. Dan begitu kami memiliki semua sel yang disemai, kami kemudian memasukkannya kembali ke dalam inkubator, dan kami membiarkannya matang. ”Dalam beberapa minggu, yang muncul adalah bola putih kecil, yang tidak tampak berbeda dari benda aslinya.
Antara 1999 dan 2001, setelah serangkaian tes pada anjing, kandung kemih yang ditumbuhkan khusus dipindahkan ke tujuh pasien muda yang menderita spina bifida, gangguan melemahkan yang menyebabkan kandung kemih mereka gagal. Pada tahun 2006, dalam sebuah makalah yang banyak digembar-gemborkan di Lancet, Atala mengumumkan bahwa, tujuh tahun kemudian, kantong-kantong bioengineer bekerja sangat baik. Itu adalah pertama kalinya organ-organ yang tumbuh di laboratorium berhasil ditransplantasikan pada manusia. "Ini adalah satu langkah kecil dalam kemampuan kami untuk maju dalam mengganti jaringan dan organ yang rusak, " kata Atala dalam siaran pers pada saat itu, menggemakan kata-kata Neil Armstrong. Itu adalah contoh representatif dari salah satu hadiah utama Atala. Seperti yang dikatakan David Scadden, direktur Center for Regenerative Medicine di Massachusetts General Hospital dan co-direktur Harvard Stem Cell Institute, kepada saya, Atala “selalu menjadi visioner. Dia selalu sangat berani, dan cukup efektif dalam kemampuannya untuk menarik perhatian pada sains. ”
Kandung kemih adalah tonggak penting, tetapi mereka tidak peringkat sangat tinggi dalam hal permintaan pasien. Selain itu, proses persetujuan multi-tahap yang diperlukan oleh Food and Drug Administration AS untuk prosedur tersebut dapat memakan waktu. Hari ini kantung Atala yang direkayasa belum menerima persetujuan untuk penggunaan luas. "Ketika Anda berpikir tentang obat regeneratif, Anda harus berpikir tidak hanya tentang apa yang mungkin, tetapi apa yang dibutuhkan, " kata Atala kepada saya. "Anda harus berpikir, 'Saya hanya punya waktu sebanyak ini, jadi apa yang akan membuat dampak terbesar pada sebagian besar kehidupan?'"
Bagi Atala, jawabannya sederhana. Sekitar delapan dari sepuluh pasien dalam daftar transplantasi membutuhkan ginjal. Menurut perkiraan baru-baru ini, mereka menunggu rata-rata empat setengah tahun untuk seorang donor, seringkali dalam kesakitan yang serius. Jika Atala benar-benar ingin menyelesaikan krisis kekurangan organ, tidak ada jalan lain: Dia harus berurusan dengan ginjal.
Dari asalnya di awal 1980-an, ketika itu dipandang sebagian besar sebagai alat industri untuk membangun prototipe, pencetakan 3-D telah berkembang menjadi industri bernilai miliaran dolar, dengan berbagai aplikasi potensial yang terus meluas, dari sepatu desainer hingga mahkota gigi. untuk senjata plastik buatan sendiri. (Hari ini, Anda dapat berjalan ke toko elektronik dan membeli printer 3-D portabel dengan harga kurang dari $ 500.) Peneliti medis pertama yang membuat lompatan ke materi adalah Thomas Boland, yang juga profesor bioteknologi di Clemson University, di South Carolina, pada tahun 2003 mengajukan paten pada printer inkjet khusus yang mampu mencetak sel manusia dalam campuran gel. Segera, para peneliti seperti Atala mengutak-atik versi mesin mereka sendiri.
Bagi Atala, janji bioprinting ada hubungannya dengan skala. Meskipun ia berhasil menumbuhkan organ di laboratorium dan mencangkoknya menjadi manusia, prosesnya sangat intensif waktu, ketelitiannya kurang, reproduktifitas rendah, dan kemungkinan kesalahan manusia ada di mana-mana.
Di Wake Forest, tempat Atala menjadi direktur pendiri lembaga itu pada 2004, ia mulai bereksperimen dengan mencetak kulit, tulang, otot, tulang rawan, dan, paling tidak, struktur ginjal. Dalam beberapa tahun dia cukup percaya diri dalam kemajuannya untuk memamerkannya. Pada tahun 2011, Atala memberikan TED Talk tentang masa depan organ yang direkayasa secara biologis yang sejak itu telah dilihat lebih dari dua juta kali. Mengenakan celana khaki berlipit dan kemeja kancing-kancing bergaris-garis, dia berbicara tentang "krisis kesehatan utama" yang disebabkan oleh kekurangan organ, sebagian akibat dari masa hidup kita yang lebih lama. Dia menggambarkan tantangan medis yang berhasil ditaklukkan oleh inovasi dan pekerjaan laboratorium: menyusun bahan biomaterial terbaik untuk digunakan dalam perancah, belajar bagaimana menumbuhkan sel khusus organ di luar tubuh manusia dan mempertahankannya. (Beberapa sel, ia menjelaskan, seperti sel-sel pankreas dan hati, tetap sulit tumbuh).
Dan dia berbicara tentang bioprinting, menunjukkan video beberapa printernya bekerja di lab dan kemudian mengungkapkan printer di belakangnya di atas panggung, sibuk membangun objek bola berwarna merah muda. Menjelang akhir ceramahnya, salah satu koleganya muncul dengan gelas besar berisi cairan merah muda.
Sementara orang banyak duduk diam, Atala meraih gelas kimia dan mengeluarkan apa yang tampak seperti kacang berlendir. Dalam tampilan mahir kecakapan memainkan pertunjukan, dia memegang benda itu ke depan dengan tangannya yang ditangkupkan. "Anda benar-benar dapat melihat ginjal seperti yang dicetak sebelumnya hari ini, " katanya. Kerumunan itu bertepuk tangan spontan. Keesokan harinya, organisasi berita kawat Agence France-Presse memuntahkan sebuah artikel yang disebarluaskan bahwa Atala telah mencetak "ginjal asli" pada sebuah mesin yang "menghilangkan kebutuhan donor ketika harus melakukan transplantasi organ."
Masa depan akan datang.
Dan ternyata tidak.
Sebenarnya, apa yang Atala pegang di atas panggung bukanlah ginjal manusia yang berfungsi. Itu adalah model lembam, model yang sangat rinci, rasa apa yang dia harapkan dan pikir bioprinting suatu hari akan bawa. Jika Anda menonton presentasi dengan cermat, Anda dapat melihat bahwa Atala tidak pernah berjanji bahwa apa yang ia pegang adalah organ yang bekerja. Namun, kritikus menerkam apa yang mereka pandang sebagai latihan tingkat tinggi dalam efek khusus.
Tahun lalu, Jennifer Lewis, seorang ilmuwan bahan di Harvard dan seorang peneliti terkemuka dalam bioprinting (spesialisasinya adalah rekayasa jaringan vaskularisasi) tampaknya mengkritik Atala dalam sebuah wawancara dengan New Yorker . "Saya pikir itu menyesatkan, " katanya, merujuk pada TED Talk. "Kami tidak ingin memberi orang harapan yang salah, dan itu memberi lapangan nama yang buruk."
Setelah TED Talk, Wake Forest mengeluarkan siaran pers yang menekankan bahwa itu akan lama sebelum ginjal bioprinted bisa dipasarkan. Ketika saya bertanya kepada Atala apakah dia telah belajar sesuatu dari kontroversi itu, dia menolak untuk berkomentar secara langsung, alih-alih menunjukkan mengapa dia tidak suka memberi cap waktu pada proyek tertentu. "Kami tidak ingin memberi pasien harapan palsu, " katanya kepada saya.
Debu itu menggambarkan dengan rapi salah satu tantangan utama yang dihadapi oleh para peneliti di seluruh bidang kedokteran regeneratif: Anda ingin membangkitkan antusiasme tentang apa yang mungkin, karena antusiasme dapat diterjemahkan ke dalam pers, pendanaan, dan sumber daya. Anda ingin menginspirasi orang-orang di sekitar Anda dan generasi ilmuwan berikutnya. Tetapi Anda tidak ingin salah menggambarkan apa yang secara realistis dapat dijangkau.
Dan ketika menyangkut organ besar dan rumit, lapangan masih memiliki jalan untuk dilalui. Duduklah dengan pensil dan selembar kertas dan Anda hampir tidak dapat memimpikan sesuatu yang lebih kompleks secara arsitektur atau fungsi daripada ginjal manusia. Bagian dalam organ seukuran kepalan tangan terdiri dari jaringan padat yang dilalui oleh sistem jalan raya pembuluh darah yang rumit, yang berukuran hanya 0, 010 milimeter, dan sekitar satu juta filter kecil yang dikenal sebagai nefron, yang mengirim cairan sehat kembali ke aliran darah dan buang ke kandung kemih dalam bentuk urin. Untuk melakukan bioprint ginjal, Anda harus bisa mengolah dan memperkenalkan tidak hanya sel-sel ginjal dan nefron yang berfungsi, Anda juga harus menguasai cara mengisi organ dengan pembuluh darah agar organ diberi makan dengan darah dan nutrisi. itu perlu. Dan Anda harus membangun semuanya dari dalam ke luar.
Itulah sebabnya banyak peneliti mengeksplorasi opsi yang tidak termasuk mencetak struktur-struktur itu dari awal tetapi malah mencoba menggunakan yang sudah dirancang oleh alam. Di Texas Heart Institute, di Houston, Doris Taylor, direktur program penelitian kedokteran regeneratif institut itu, sedang bereksperimen dengan hati babi yang terdekellularisasi — organ yang telah dilucuti otot dan semua sel jaringan hidup lainnya dalam pemandian kimia, hanya menyisakan matriks kolagen yang mendasarinya. Organ yang didekellularisasi berwarna pucat dan hantu — menyerupai tongkat cahaya yang dikeringkan dari larutan yang dulu membuatnya bersinar. Namun yang terpenting, proses tersebut meninggalkan arsitektur interior organ utuh, pembuluh darah dan semua.
Taylor berharap suatu hari nanti akan menggunakan hati babi yang didekellularisasi, diisi ulang dengan sel manusia, untuk transplantasi pada pasien manusia. Sejauh ini, timnya telah menyuntikkan hati dengan sel-sel sapi hidup dan memasukkannya ke dalam sapi, di mana mereka berhasil mengalahkan dan memompa darah di samping jantung sehat dan asli sapi. Untuk Taylor, pendekatan ini mengacaukan tantangan untuk menemukan cara untuk mencetak pada resolusi luar biasa yang dibutuhkan oleh jaringan pembuluh darah. "Teknologinya harus meningkatkan banyak sebelum kita dapat melakukan bioprint ginjal atau jantung, dan mendapatkan darah untuk itu, dan tetap hidup, " kata Taylor.
Para peneliti di Wake Forest juga bereksperimen dengan organ-organ yang didekellularisasi dari mayat hewan dan manusia. Memang, meskipun Atala melihat ginjal pengganti sebagai Holy Grail-nya, dia tidak berpura-pura membangun satu akan menjadi proses inkremental, dilakukan dari berbagai sudut. Jadi, sementara para peneliti di institut dan di tempat lain bekerja untuk memperbaiki pencetakan struktur eksternal dan arsitektur internal organ, mereka juga bereksperimen dengan berbagai cara untuk mencetak dan menumbuhkan pembuluh darah. Pada saat yang sama, mereka mengasah teknik untuk mengolah sel-sel ginjal hidup yang diperlukan untuk membuat semuanya berfungsi, termasuk proyek baru untuk memperbanyak sel-sel ginjal yang diambil dari biopsi jaringan sehat pasien.
Ketika kami berbicara, Atala menekankan bahwa tujuannya adalah untuk mendapatkan organ besar yang berfungsi dan direkayasa menjadi manusia yang sangat membutuhkannya, baik organ itu dicetak bioprinted atau tidak. "Apa pun teknologi yang diperlukan untuk sampai ke sana, " katanya.
Namun ia dengan cepat menunjukkan bahwa cara Anda sampai di sana tidak penting: Pada akhirnya, Anda ingin meletakkan dasar bagi industri yang akan memastikan bahwa tidak ada seorang pun — baik dalam dekade mendatang atau di abad ke-22, tergantung pada tingkat optimisme Anda — akan menginginkan organ yang menyelamatkan jiwa lagi. Untuk melakukan itu, Anda tidak bisa melakukannya dengan tangan.
"Anda akan membutuhkan perangkat yang dapat membuat jenis organ yang sama berulang kali, " kata Atala kepada saya. "Seperti buatan mesin."
Suatu sore, saya mampir di meja John Jackson, seorang profesor di institut. Jackson, 63, adalah ahli hematologi eksperimental berdasarkan perdagangan. Dia datang ke Wake Forest empat tahun lalu, dan menyamakan perpindahan ke institut, dengan semua teknologi generasi berikutnya, sebagai "kembali ke sekolah lagi."
Jackson mengawasi pengembangan printer sel-kulit, yang dirancang untuk mencetak berbagai sel kulit hidup langsung ke pasien. "Katakanlah kamu mengalami cedera pada kulitmu, " saran Jackson. "Anda akan memindai luka itu untuk mendapatkan ukuran dan bentuk cacat yang tepat, dan Anda akan mendapatkan gambar cacat 3-D. Anda kemudian dapat mencetak sel-sel "—yang ditanam dalam hidrogel—" dalam bentuk yang tepat yang Anda butuhkan agar sesuai dengan lukanya. "Saat ini, printer dapat meletakkan tisu di dua lapisan kulit teratas, cukup dalam untuk dirawat— dan untuk menyembuhkan — kebanyakan luka bakar. Pada akhirnya, lab berharap untuk mencetak lebih dalam di bawah permukaan kulit dan untuk mencetak lapisan kulit yang lebih rumit, termasuk jaringan adiposa dan folikel rambut yang berakar dalam.
Jackson memperkirakan uji klinis dapat dimulai dalam lima tahun ke depan, sambil menunggu persetujuan FDA. Sementara itu, timnya sibuk menguji printer kulit pada babi. Dia membuka sebuah poster besar, yang terbagi menjadi beberapa panel. Yang pertama adalah foto detail luka persegi, sekitar empat inci di satu sisi, yang telah dipotong oleh teknisi di punggung babi. (Babi-babi telah dibius total.) Pada hari yang sama, para peneliti telah mencetak sel langsung ke luka, sebuah proses yang memakan waktu sekitar 30 menit. Dalam foto-foto pasca-cetak, Anda bisa melihat perbedaan dalam warna dan tekstur: Daerah itu lebih gelap dan lebih kusam daripada daging babi alami. Tetapi ada sedikit kerutan, tidak ada jaringan parut yang terangkat atau bergerigi, dan, pada waktunya, gel kurang lebih sepenuhnya menyatu dengan kulit di sekitarnya.
Printer sel kulit adalah salah satu dari beberapa proyek aktif di lembaga yang menerima dana dari Departemen Pertahanan AS, termasuk inisiatif regenerasi jaringan untuk cedera wajah dan genital, yang keduanya telah menjadi endemik di antara tentara Amerika yang terluka dalam perang baru-baru ini. Tahun lalu, para peneliti yang dipimpin oleh Atala mengumumkan keberhasilan implantasi vagina yang direkayasa menggunakan sel pasien sendiri di empat remaja yang menderita kelainan reproduksi langka yang disebut sindrom Mayer-Rokitansky-Küster-Hauser. Wake Forest juga sedang menguji penis mayat yang ditumbuhkan di laboratorium dan decellularized dan sphincter anal pada hewan, dengan harapan memulai uji coba manusia dalam lima tahun ke depan.
The Peripheral, novel baru oleh futuris William Gibson, yang menciptakan istilah "ruang maya" dan meramalkan sebagian besar revolusi digital, terjadi pada saat manusia mampu "hebat" - terutama cetak 3-D - apa pun yang mereka butuhkan : obat-obatan, komputer, pakaian. Mereka hanya dibatasi oleh imajinasi mereka. Namun ketika membungkuk di atas poster Jackson, saya mendapati diri saya berpikir bahwa bahkan Gibson tidak meramalkan ini: daging hidup, atas permintaan.
Saya berjalan ke kantor Atala. Sinar matahari menyapu lantai dan satu set rak buku tinggi, yang memajang foto dua putra Atala dan beberapa salinan buku pelajarannya, Principles of Regenerative Medicine .
Dia berada di ruang operasi sepanjang pagi (dia juga ketua urologi sekolah kedokteran) dan tidak berharap untuk pulang sampai larut malam, tapi dia ceria dan penuh energi. Saya bertanya kepadanya apakah dia pernah mempertimbangkan untuk berhenti berlatih dan hanya berfokus pada penelitian.
Dia menggelengkan kepalanya. "Pada akhirnya, saya pergi ke obat untuk merawat pasien, " katanya. “Saya suka memiliki hubungan itu dengan keluarga dan pasien. Tetapi sama pentingnya, itu membuat saya tetap terhubung dengan apa yang dibutuhkan. Karena jika saya melihat kebutuhan itu secara langsung, jika saya bisa menghadapi masalah — yah, saya tahu saya akan terus mengerjakannya, terus berusaha mencari tahu. ”
