| Företag | Plats Produkter
i rörledningen |
| Avancerad vävnadsvetenskap | La Jolla, CA | Hud (TransCyte, Dermagraft); brosk, ligament och senor; blodkärl och hjärtklaffar |
| Genzyme biokirurgi | Cambridge, MA | Broskceller (Carticel); brosktransplantat (Carticel II) |
| CryoLife | Kennesaw, GA | Hjärtklaffar och blodkärl; ligament |
| Du bryr dig | Cambridge, MA | Broskgel för att förhindra urinreflux (chondrogel); blåsa |
| LifeCell | Branchburg, NJ | Hud (AlloDerm); blodkärl; ligament och senor |
| Organogenes | Canton, MA | Hud (Apligraf, Vitrix); blodkärl |
Blodlinjer
Viktiga framsteg på den fronten kom för två år sedan, när MITs biomedicinska ingenjörer Robert Langer och Laura Niklason (nu vid Duke University Medical Center) odlade hela blodkärl från några få celler som samlats in från grisar. Niklason, som ledde insatsen och gjorde mycket av arbetet under en vistelse i Langers labb, började med att ta små biopsier från halspulsåderna hos sex månader gamla miniatyrsvin. Hon isolerade glatta muskelceller från varje vävnadsprov och använde dessa celler för att så den yttre ytan av en rörformad ställning byggd av en biologiskt nedbrytbar polymer som används i suturer. Därefter odlade Niklason varje nytt kärl i sin egen speciella odlingskammare som kallas en bioreaktor. Bioreaktorer är standard inom vävnadsteknik, men i det här fallet var det en twist.
Som Langer förklarar, vad vi gjorde var att vi satte upp dessa små pumpar som slog som ett hjärta och kopplade upp dem till de konstgjorda blodkärlen. Forskarna fann att pulseringen uppmuntrade muskelcellerna att migrera inåt, omslutande mikroskopiska fragment av polymeren och i slutändan gjorde blodkärlen mycket starkare. Efter att ha odlat kärlen i den pulserande miljön i flera veckor, lade de till endotelceller - de tunna, platta cellerna som kantar insidan av många vävnader, inklusive blodkärl - till deras inre ytor och odlade dem i några dagar till.
Den enda förändringen förändrade allt totalt, säger Langer. Vi kunde faktiskt göra blodkärl som såg ut som riktiga kärl. De fungerade också som riktiga blodkärl och förblev öppna och proppfria i flera veckor när forskarna ympade in dem i stora artärer i grisarnas ben. Nyckeln till att få detta att fungera var att efterlikna vad kroppen gjorde genom att odla kärlen i en miljö som pulserade precis som ett riktigt cirkulationssystem gör, säger Langer.
Beagleblåsor och mänskliga hjärtan
Även utan tekniken för att bygga omfattande kärlsystem har ett vävnadskonstruerat organ tagit sig nästan hela vägen till mänskliga försök: urinblåsan. Anthony Atala, urolog och chef för vävnadsteknik vid Children's Hospital, Boston, bestämde sig för att försöka bygga en blåsa delvis eftersom det verkade vara det enklaste organet till att börja med. I ett landmärkearbete som gjordes i slutet av 1990-talet byggde Atalas team nya blåsor för sex beaglar. Forskarna började med att ta en biopsi på en kvadratcentimeter från varje hunds naturliga urinblåsa, isolera fodercellerna och muskelcellerna från biopsien och odla varje celltyp separat.
Efter en månad hade Atalas team odlat tillräckligt med celler - 300 miljoner av varje typ för att konstruera en konstgjord blåsa. De använde muskelcellerna för att täcka utsidan av en blåsformad polymerställning, och fodercellerna för att täcka insidan. Forskarna implanterade varje ny blåsa i en hund efter att ha tagit bort hundens egen blåsa. Forskarna upptäckte att inte bara blodkärl från den omgivande vävnaden växte in i den vävnadskonstruerade blåsan och höll dess vävnader friska, utan hundarna hade också nästan lika stor blåskapacitet som hundar med originalutrustning.
Det tidiga arbetet gick så bra att Atala och Cambridge, MA-baserade Curis hoppas kunna påbörja de första testerna av den nya blåsan hos människor någon gång i år. Ändå är Atala realistisk om vad han redan har åstadkommit. Dels har han ännu inte svarat på frågan om hur länge en biokonstruerad blåsa kommer att hålla. Med urinblåsan kommer det att ta flera år tills vi vet vad de långsiktiga resultaten kommer att bli, förklarar han. Vi har verkligen en bra historia med hud. Tjugo år på vägen vet vi att det är bra. Med brosk i knät har vi en fyra- eller femårig historia från det att det först placerades på patienter. Men med blåsan, säger Atala, vi vet bara inte.
Under tiden har Atalas labb börjat ta itu med njuren och har redan byggt små njurliknande enheter som kan producera urin. Ändå, med tanke på att njuren är en mycket komplex struktur som inkluderar så många som 20 olika typer av celler, måste forskare klara många tekniska hinder innan de tillverkar fullstora organ för de nästan 48 000 människor som väntar på njurtransplantationslistor enbart i USA .
Vävnadskonstruktion av ett hjärta kommer också att vara en formidabel uppgift, men det finns ett par skäl att tro att konkreta steg i den riktningen kommer att tas inom en inte alltför avlägsen framtid. För det första består hjärtat av färre än 10 olika celltyper. Kanske ännu viktigare är att det finns två stora forskningskonsortier som riktar in sig på organet. Det ena är LIFE-initiativet (för levande implantat från Engineering), som påbörjades 1998 och koordinerades av University of Torontos Michael Sefton, med hjälp av en styrgrupp som inkluderar Massachusetts General Hospitals Vacanti och MIT:s Langer. Initiativet har fått 60 akademiska och statliga forskare från Nordamerika, Europa och Japan att arbeta med kroppens kritiska pump. Säger Sefton, om vi kan lösa hjärtat, så kommer de andra organen att följa efter.
Sefton erkänner villigt att ett projekt så enormt som att bygga hjärtat på ytan är löjligt. Ändå tror han att genom att dela upp jobbet i komponentuppgifter - säg att isolera mänskliga hjärtmuskelceller eller bygga flexibla ställningar för att stödja dessa celler - kommer ett konsortium av forskare att kunna få det att hända.
Den modellen testas också, säger Sefton, i ett samarbete mellan universitet och industri som leds av University of Washington. Finansierat av ett anslag på 10 miljoner dollar från National Institutes of Health och inklusive mer än 40 forskare, har University of Washington-projektet brutit upp sitt åtagande i en rad mål. Den första är att skapa ett vävnadskonstruerat plåster som kan ympas på ett skadat hjärta. På längre sikt hoppas forskarna kunna bygga implanterbara vänstra kammare, ett mål Sefton ser som ett mini-moonshot som skulle kunna uppnås inom decenniet. Men ett fullt fungerande biokonstruerat hjärta, säger Sefton, kommer sannolikt att kosta miljarder dollar - och varken LIFE-initiativet eller University of Washingtons har samlat in den typen av pengar ännu.
Direkt från fabriken
I slutändan måste alla metoder för att bygga nya mänskliga organ få godkännande från U.S. Food and Drug Administration. Och det betyder att orgelbyggare kommer att behöva en standardiserad, reproducerbar tillverkningsprocess, säger MIT bioingenjör Linda Griffith. För att uppnå det målet har Griffith och hennes kollegor vänt sig till en enhet som uppfanns av MIT-ingenjören Emanuel Sachs och används för snabb prototypframställning och tillverkning av en mängd olika delar och verktyg: en tredimensionell pulverskrivare eller 3DP-maskin.
Maskinen bygger upp komplexa former lager för lager, baserat på en datorfil som kan avbilda objektet som en serie horisontella skivor. En rulle trycker ett tunt lager pulver över en platt basplatta som vilar ovanpå en kolv. Därefter distribuerar ett bläckstråleskrivarhuvud ett lim, eller bindemedel, för att stelna pulvret endast där ritningen för den skivan kräver fast material. Kolven spärrar sedan ner plattan med tjockleken på lagret, och processen börjar igen. När alla lager har skrivits ut kan det nya föremålet tas bort från maskinen och överskottspulvret faller bort.
Genom att anpassa skrivaren för att använda polymerpulver, flera skrivhuvuden och speciella bindemedel skapade Griffith och hennes medarbetare ett verktyg som kan massproducera polymerställningar för nya vävnader och organ. Skrivaren tillåter inte bara forskarna att kontrollera en ställnings form med stor precision, den tillåter dem också att bygga in kemiska modifieringar på strukturens yta som hjälper till att berätta för olika typer av celler exakt var och hur de ska växa.
Det är just den sortens finkontroll som kan hjälpa vävnadsingenjörer att erövra även de mest komplicerade organen. Faktum är att Griffith nu, tillsammans med Vacanti och Princeton, NJ-baserade Therics, utarbetar sätt att tillverka levrar och andra organ med tredimensionell utskrift. Griffith vet redan en hel del om att växa levervävnad; hon arbetade med detaljerna samtidigt som hon ledde ett försök att utveckla en levercellsbaserad biologisk vapendetektor för U.S. Defense Advanced Research Projects Agency. Förhoppningen är att vetenskaplig kunskap i kombination med tredimensionell tryckteknik ska göra det möjligt att bygga en lever för implantation.
Om allt går som Griffith, Vacanti och deras kollegor hoppas, kan tillverkningsmaskiner en dag surra i FDA-certifierade orgelfabriker. Det är för tidigt att veta om dessa fabriker kommer att ta bort hela organ på plats, eller om de istället kommer att producera och skicka utarbetade ställningsstrukturer på vilka läkare kommer att odla patienternas egna celler, direkt på sjukhuset. Men båda tillvägagångssätten, om den lyckas, lovar en sak: ett slut på väntelistorna för transplantation.