آنتونی آتالا: چاپ کلیه انسان

امروزه ما با یک بحران بزرگ بهداشتی در خصوص کمبود اندامهای اهدایی روبرو هستیم. حقیقت اینه که عمر انسان در حال افزایش است. علم پزشکی در خصوص افزایش طول عمر ما نقش بزرگی داشته ولی مشکل اینجاست که ما هرچه بیشتر پا به سن میگذاریم، اندامهایمان هم بدتر عمل میکنند. و امروزه اندامهای اهدایی به اندازه کافی وجود ندارند. در حقیقت در 10 سال گذشته، تعداد بیمارانی که به اندام احتیاج دارند دو برابر شده، درحالی که تعداد پیوندها با افزایش زیادی روبرو نبوده. در نتیجه این یک بحران در زمینه سلامت عمومی به حساب میاد.
و اینجاست که صحبت از رشته ای به میان میاد که به آن پزشکی رژنراتیو (باززا) گفته میشود. خود این رشته در واقع موضوعات مختلفی را در بر میگیرد. شما میتوانید از یک نوع قالب استفاده کنید، به آنها مواد بیولوژیکی میگن -آنها مثل یک تکه از پیراهن یا بلوز شما هستند- ولی از مواد مخصوصی درست شده اند که میشه آنها را در بیماران کاشت و پیوند زد و بعد از پیوند کار میکنند و به بازسازی کمک می کنند. یا اینکه ما میتونیم فقط از سلول استفاده کنیم، یا از سلولهای خود بیمار، یا یگ گروه از سلولهای بنیادی دیگه. یا از هر دو اینها یعنی اینکه هم از مواد بیولوژیکی استفاده کنیم و هم از سلولها. و این رشته امروزه به این پیشرفت رسیده.
ولی این یک رشته جدید نیست. جالبه که بدونید، این یک کتابه که در سال 1938 چاپ شده. عنوان آن "کشت اندام" است. نویسنده اصلی آن، الکسیس کارل، یک برنده جایزه نوبله. در واقع او کسی است که همان فناوری را اختراع کرد که امروزه برای بخیه زدن رگهای خونی از آن استفاده میکنیم. و در حقیقت بعضی از پیوند رگهایی که امروزه از آن استفاده میکنیم در اصل توسط الکسیس طراحی شده. ولی من از شما می خواهم که به مولف دوم این کتاب توجه کنید: چارلز لیندبرگ. او همان چارلز لیندبرگ است که در واقع بقیه عمرش را صرف کار کردن با الکسیس در انستیتو راکفلر نیویورک در رشته کشت اندام کرد.
پس اگر این رشته برای این همه مدت در جریان بوده، چرا این قدر پیشرفتهای بالینی کم بوده اند؟ و این به چالشهای مشکل و فراوانی مربوط میشه. ولی اگه قرار باشه من سه تا از آنها را خاطر نشان بشم، اولی آنها در واقع مربوط میشه به طراحی موادی که بتوانند در بدن ما قرار بگیرند و در طول زمان درست عمل کنند. و با وجود پیشرفتهای زیادی که امروزه شده، ما میتوانیم این کار را تا حدودی با سهولت انجام بدهیم. چالش دوم سلولها بودند. ما نمیتونستیم تعداد کافی از سلولها را از بدن شما بگیریم و آنها را خارج از بدن کشت بدهیم. در 20 سال اخیر ما بر این مشکل هم فائق آمدیم. -بسیاری از دانشمندان الان میتوانند انواع مختلفی از سلولها را کشت بدهند- در ضمن اینکه ما سلولهای بنیادی داریم. ولی حتی امروز، در سال 2011، انواعی از سلولها هستند که ما نمیتونیم از بیماران بگیریم و کشت بدهیم. -مثل سلولهای کبد، سلولهای عصبی، سلولهای پانکراس- ما حتی امروزه هم نمیتونیم آنها را کشت بدهیم. و چالش سوم مربوط میشه به خون رسانی، توزیع خون در اندامها که به بافتها و اندامها بعد از اینکه ما آنها را بازسازی میکنیم اجازه بقا بده.
پس ما امروزه از مواد بیولوژیکی استفاده میکنیم. این در واقع یک ماده بیولوژیکی (بیومتریال) هست. ما میتونیم آنها را ببافیم، به هم گره بزنیم، یا حتی به این شکل در بیاریم. این در واقع مثل یک دستگاه پشمک ساز عمل میکنه. اینجا اسپری را دیدید که وارد شد. آن مثل الیاف پشمک بود که این ساختار لوله مانند را میسازد، که یک نوع ماده بیولوژیکی است که ما میتوانیم از آن برای بازسازی بدن انسان با استفاده از سلولهای خود فرد استفاده کنیم. و آن دقیقا کاریه که ما اینجا انجام دادیم.
این در حقیقت یک بیماره که یکی از اندامهایش از بین رفته بود، و بعد ما با یکی از همین مواد بیولوژیکی باهوش را ساختیم، و از آن بیومتریال باهوش استفاده کردیم تا بتونیم ساختار آن بیمار را جایگزین و ترمیم کنیم. کاری که ما کردیم در واقع این بود که از این ماده بیولوژیکی به عنوان یک پل استفاده کردیم که سلولهای آن اندام -این جور بگیم- بتوانند روی آن پل راه بروند، و کمک کنند که آن شکاف بسته بشه و بافت بتواند بازسازی بشه. و شما همان بیمار را شش ماه بعد می بینید با یک عکس اشعه ایکس که بافت بازسازی شده را نشان میدهد، که وقتی آن را زیر میکروسکوپ هم بررسی میکنیم می بینیم که کاملا ترمیم شده. ما میتوانیم از سلولها هم به تنهایی استفاده کنیم. اینها در واقع سلولهایی هستند که ما استخراج کردیم. اینها سلولهای بنیادی هستند که ما از منابع بخصوصی آنها را میگیریم، و میتوانیم آنها را تحریک کنیم که به سلولهای قلبی تبدیل بشوند. و آنها در داخل ظرف کشت شروع به تپیدن میکنند. پس این سلولها وظیفه خودشون را میدونند. آنها وظیفه خود را بصورت ژنتیکی میدونند، و با همدیگه شروع به تپیدن میکنند. امروزه بسیاری از تحقیقات بالینی از انواع مختلفی از سلولهای بنیادی برای بیماریهای قلبی استفاده می کنند. پس از این روش امروزه برای بیماران استفاده میشود.
یا اگر بخواهیم از ساختارهای بزگتری استفاده کنیم تا آنها را جایگزین ساختارهای بزرگتر کنیم، میتوانیم از سلولهای خود بیمار استفاده کنیم، یا از گروهی سلول، به علاوه بیومتریال، که به عنوان قالب و چارچوب آن عمل میکند. پس خلاصه بخواهیم بگیم: اگر شما یک عضو از بین رفته و یا آسیب دیده داشته باشید، ما قسمت کوچکی از بافت آن را بر میداریم، یک کم کوچکتر از نصف اندازه یک تمبر پستی. بعد سلولها را از هم میشکافیم و جدا میکنیم، و آنها را خارج از بدن کشت میدهیم. بعد یک قالب بیومتریالی برمیداریم، که خیلی هم شبیه یک تکه از بلوز شماست. بعد به آن مواد فرم میدهیم، و سپس از آن سلولها استفاده میکنیم تا آن مواد را - لایه به لایه - بپوشونه یک جور مثل درست کردن یک کیک لایه دار. بعد ما آنرا داخل یک دستگاه فر مانند قرار میدهیم، و سپس میتوانیم آن ساختار را درست کنیم و آنرا در بیاریم. این در واقع یک دریچه قلبی هست که ما درست کرده ایم. و اینجا میتونید ساختار دریچه قلب را ببینید که ما با سلولها تخم ریزی کرده ایم، و بعد ما آنرا بکار می اندازیم. اینجا میتونید باز و بسته شدن دریچه های این دریچه ی قلب را ببینید که اکنون بصورت آزمایشی از آن استفاده میشه تا از آن برای تحقیقات آینده استفاده کنیم.
یک فناوری دیگر که از آن در بیماران استفاده کرده ایم مربوط میشه به مثانه. در واقع ما یک تکه خیلی کوچک را از مثانه بیمار میگیریم قدری کوچکتر از نصف اندازه یک تمبر. بعد سلولها را خارج از بدن کشت میدهیم، آن قالب را برمیداریم، آنرا با سلول می پوشونیم سلولهای خود بیمار، دو نوع مختلف از سلول. بعد آنرا در این دستگاه فر مانند قرار میدهیم که شرایطی مشابه شرایط بدن انسان داره 35 درجه سانتیگراد و 95 در صد اکسیژن. چند هفته بعد ما عضو مهندسی شده ای را داریم که میتونیم دوباره به بیمار پیوند بزنیم. برای این بیماران خاص، ما در واقع این مواد را فقط بخیه میزنیم. ما از آنالیز تصویری سه بعدی استفاده میکنیم، ولی ما در حقیقت این مواد بیولوژیکی را با دست درست کردیم.
اما ما امروزه برای ساخت این ساختارها با سلول، راههای بهتری داریم. ما امروزه از نوعی فناوری استفاده می کنیم که برای اندامهای جامد، برای مثال کبد، کاری که میکنیم اینه که کبدهای دور ریخته شده را میگیریم. همون طور که میدونید، بسیاری از اندامها دور ریخته میشوند و از آنها استفاده نمیشه. ما میتونیم این ساختارهای کبدی را که از آنها استفاده نمیشه را بگیریم، و آنرا داخل یک ماشین شستشو قرار میدهیم که با کمک آن میتونیم سلولها را پاک کنیم. دو هفته بعد، ما چیزی داریم که شکل کبده. مثل یک کبد میتونین در دستانتان بگیرید ولی هیچ سلولی نداره، فقط چارچوب یک کبد را داره. بعد ما میتونیم دوباره سلولها را به این کبد تزریق کنیم، در حالی که ساختار درختی رگهای خونی را حفظ میکنیم. پس در واقع ما اول سلولهای عروقی خود بیمار را به شعب رگهای خونی تزریق میکنیم، و بعد سلولهای پارانشیم بافت اصلی کبد را وارد میکنیم. و ما در همین یک ماه اخیر توانستیم ساختن بافت کبد انسان را با استفاده از این تکنولوژی نشان بدهیم.
فناوری دیگری که ما از آن استفاده کرده ایم فناوری مربوط به چاپ کردن (پرینت) است. این در واقع یک دستگاه پرینتر جوهر افشانه، ولی به جای جوهر، ما از سلول استفاده میکنیم. شما اینجا میتونید هد چاپ را ببینید که وارد میشه و این ساختار را چاپ میکنه، و تقریبا 40 دقیقه طول میکشه که این کار را انجام بده. و یک بالابر سه بعدی هم وجود داره که لایه به لایه هر بار که هد چاپ وارد میشه پایین میره. و نهایتا شما میتونید به آن ساختار دست پیدا کنید. بعد هم میتونید آن ساختار را از پرینتر بردارید و پیوند بزنید. و این در واقع یک قطعه استخوانه که من میخواهم در این اسلاید به شما نشان بدهم که ما توسط یک چاپگر رومیزی درست کردیم و همانطور که میبینید آنرا پیوند زده ایم. این یک استخوان کاملا جدید بود که که ما توسط این شیوه پیوند زدیم.
یک نوع فناوری پیشرفته تر دیگه که اینجا میبینید، نسل بعدی فناوری، چاپگرهای پیچیده تری هستند. این چاپگر به خصوص که ما در حال طراحی آن هستیم به شکلی است که در حقیقت ما آن عضو را روی خود بیمار چاپ میکنیم. - پس چیزی که شما اینجا میبینید - میدونم که خنده دار به نظر میرسه، ولی این تکنولوژی به این شکل کار میکنه. چون در دنیای واقعی کاری که ما میخاهیم انجام بدهیم اینه که میخواهیم بیمار را با جراحت روی تخت داشته باشیم، و یک اسکنر هم در اختیار داریم، که در اساس مثل یک اسکنر مسطحه. این چیزی هست که میتونید اینجا در سمت راست ببینید؛ این یک فناوری نوع اسکنر هست که ابتدا جراحت بیمار را اسکن میکنه و بعد با هدهای چاپ بر میگرده و آن لایه های مورد نیاز را روی خود بیمار چاپ میکنه.
این تکنولوژی به این طریق کار میکنه. اینجا اسکنر را میبینید که وارد میشه و از جراحت اسکن میگیره. وقتی اسکن کامل شد، آن اطلاعات را در خصوص لایه های سلولها به طور صحیح به مکانی که باید قرار بگیرند میفرسته. و اینجا شما یک نمونه نمایشی از این عمل را در یک جراحت نمونه مشاهده میکنید. و ما این عمل را روی یک ماده ژل مانند انجام میدهیم، تا بتونیم آن را بالا ببریم. و وقتیکه آن سلولها روی بدن بیمار قرار دارند بتونند در جایی که نیاز است، بچسبند. و این در واقع یک فناوری در حال پیشرفت است.
ما همچنین مشغول بکار روی پرینترهای پیچیده تری هستیم. چون در حقیقت چالش اصلی ما اندام های جامد هستند. من مطمئن نیستم که این موضوع را متوجه بشوید، اما 90 در صد از بیماران در لیست انتظار پیوند عضو در واقع منتظر یک کلیه هستند. بیماران هر روز در حال از بین رفتن هستند به خاطر اینکه ما به تعداد کافی از این اندامها در اختیار نداریم. پس این موضوع اندامهای بزرگ، رگ دار، با خون رسانی بالا، و تعداد سلولهای بیشتر، چالش بزرگتریه. - بنابراین راهبرد اینجا به این گونه است - این یک دستگاه سی تی اسکن است، که در واقع یک دستگاه اشعه ایکس است که لایه به لایه حرکت میکنه، با استفاده از آنالیز تصویری ریخت سنجی کامپیوتری و بازسازی سه بعدی تا اینکه مستقیم به کلیه های خود بیمار برسه بعد ما میتونیم از آنها عکس برداری کنیم، یک چرخش 360 درجه بدهیم تا کلیه را از نظر مشخصات کامل حجمی تجزیه و تحلیل کنیم، و بعد میتونیم در واقع از این مشخصات استفاده کنیم و آن را در یک حالت چاپ کامپیوتری اسکن کنیم. پس ما لایه به لایه به داخل اندام میریم، و در همین حال هر لایه آن را تجزیه و تحلیل میکنیم. بعد ما میتونیم، همونطور که میبینید، آن اطلاعات را به کامپیوتر بفرستیم و نهایتا آن عضو را برای بیمار طراحی کنیم. این در واقع همون دستگاه چاپگر را نشان میده. و این هم اندام چاپ شده.
در حقیقت ما این چاپگر را همین جا داریم. پس وقتی که ما امروز مشغول صحبت بودیم، میتونید که این چاپگر را همین جا در پشت صحنه ببینید. این در حقیقت همون دستگاه پرینتر واقعیه، که مشغول چاپ این ساختار کلیوی بوده که اینجا میبینید. حدودا 7 ساعت طول میکشه که یک کلیه بطور کامل چاپ بشه، و حدودا سه ساعت هست که این الان مشغول بکاره. و دکتر کانگ الان وارد صحنه خواهند شد، و ما یکی از همین کلیه ها را به شما نشان خواهیم داد که همین امروز کمی زودتر چاپ کردیم. یک جفت دستکش دستت کن. مرسی. برو عقب. خوب، این دستکشها یک کم برام کوچکه، ولی خوب درست شد. شما میتونید آن کلیه ای را که ما همین امروز زودتر چاپ کردیم ببینید.
(تشویق)
فقط کمی استحکام داره. این دکتر کانگه که با ما روی این پروژه کار میکرده، و عضوی از گروه ماست. مرسی دکتر کانگ، واقعا ممنونم.
(تشویق)
پس این در واقع یک نسل جدیده. این همون چاپگریه که اینجا روی صحنه میبینید. و در حقیقت یک فناوری جدیده که ما داریم روی آن کار میکنیم. در حقیقت ما مدت زیادی است که این کار را انجام میدهیم. من میخواهم یک کلیپ به شما نشان بدهم مربوط به فناوری ای که ما برای مدتیه از آن استفاده میکنیم.
- و این در واقع یک کلیپ خیلی کوتاهه - - فقط حدود 30 ثانیه - در مورد بیماری که در حقیقت یک عضو دریافت کرد.
(ویدئو) لوک ماسلا: من خیلی مریض بودم. به زور از تخت بلند میشدم. به مدرسه نمیرسیدم. واقعا زندگی بدی داشتم. هر وقت میرفتم بیرون تا بسکتبال بازی کنم وقتی به داخل برمیگشتم احساس میکردم که میخواهم غش کنم. خیلی مریض بودم. قرار بود که تمام عمرم از دیالیز استفاده کنم، و حتی نمیخواهم به این فکر کنم که چه طور زندگی ای می داشتم اگر آن وضع من بود. ولی بعد از جراحی، زندگی برام بهتر شد. میتونستم کارهای بیشتری انجام بدهم. میتونستم در دبیرستان کشتی بگیرم. و حتی تونستم کاپیتان تیم بشم، خیلی عالی بود. تونستم مثل یک بچه عادی با دوستام زندگی کنم. و بخاطر اینکه آنها از سلولهای خودم استفاده کردند تا این مثانه را برام بسازند، برای همیشه مال خودمه. تا آخر عمرم دارمش و همه چیز مرتبه.
(تشویق)
جوان انریکز: این آزمایشات بعضی اوقات کار میکنند، و این خیلی جالبه. لوک، لطفا بیا بالا.
(تشویق)
خوب لوک، بگو قبل از دیشب، آخرین باری که تونی را دیدی کی بود؟
لوک: ده سال پیش، وقتی که جراحی داشتم و خیلی از دیدنش خوشحالم.
(خنده)
(تشویق)
جوان انریکز: خوب یک کم درباره خودت بگو، چه کار میکنی؟
لوک: خوب الان در دانشگاه کنتیکت درس میخونم. سال دوم هستم در رشته ارتباطات، تلویزیون و ارتباط جمعی. و خلاصه اینکه دارم سعی میکنم مثل یک بچه عادی زندگی کنم، که همون چیزیه که همیشه میخواستم. که قدری سخت بود وقتی با بیماری اسپینا بیفیدا متولد شدم و کلیه ها و مثانه ام کار نمیکرد. من حدود 16 عمل جراحی انجام دادم، و این بنظر غیر ممکن میومد وقتی که در سن ده سالگی نارسایی کلیوی پیدا کردم. بعد این عمل جراحی پیش آمد و من را کسی کرد که امروز هستم و جان من را نجات داد.
(تشویق)
جوان انریکز: و تونی صدها عمل مثل این انجام داده؟
لوک: تا جایی که من میدونم، او سخت در آزمایشگاهش مشغول کاره و چیزهای جدید و جالب میسازه. من میدونم که یکی از ده نفر اولی بودم که این عمل را داشته. و وقتی ده سالم بود درک نکردم که این چه کار خارق العاده ای هست. من یه پسر بچه بودم و میگفتم، "آره، این عمل جراحی هم روش، این عمل را هم میکنم." (خنده) تنها چیزی که میخواستم این بود که بهتر بشم، و من متوجه این نبودم که این چه کار خارق العاده ای هست تا الان که بزرگتر شدم و کارهای عجیبی که او میکنه را میبینم.
جوان انریکز: وقتی بدون خبر باهات تماس گرفته شد تونی خیلی خجالتیه، و خیلی سخت بود که یک نفر به سر به زیری تونی را متقاعد کنیم تا به ما اجازه بده لوک را به این برنامه بیاریم. خوب لوک، تو رفتی پیش استادهای ارتباطاتت در دانشگاه - که رشته ات هم ارتباطاته - و از آنها اجازه خواستی که به TED بیایی، که تا حدی هم به ارتباطات مربوط میشه، واکنش آنها چه بود؟
لوک: بیشتر اساتید خیلی استقبال کردند، و گفتند، "عکس بیار و کلیپها را روی اینترنت بهم نشون بده" و "من برات خیلی خوشحالم" دو تا از آنها هم بودند که یک کم سرسخت بودند، و باید باهاشون حرف میزدم. جداگانه.
جوان انریکز: خوب، باعث افتخاره که باهات آشنا شدیم. خیلی ممنون. (لوک: خیلی ممنون)
متشکرم تونی.
(تشویق)