| Selskab | Beliggenhed Produkter
i rørledningen |
| Avanceret vævsvidenskab | La Jolla, CA | Hud (TransCyte, Dermagraft); brusk, ledbånd og sener; blodkar og hjerteklapper |
| Genzyme biokirurgi | Cambridge, MA | Bruskceller; brusktransplantat (Carticel II) |
| CryoLife | Kennesaw, GA | Hjerteklapper og blodkar; ledbånd |
| Du er ligeglad | Cambridge, MA | Bruskgel for at forhindre urinrefluks (Chondrogel); blære |
| LifeCell | Branchburg, NJ | Hud (AlloDerm); blodårer; ledbånd og sener |
| Organogenese | Canton, MA | Hud (Apligraf, Vitrix); blodårer |
Blodlinjer
Vigtige fremskridt på den front kom for to år siden, da MIT biomedicinske ingeniører Robert Langer og Laura Niklason (nu ved Duke University Medical Center) dyrkede hele blodkar fra nogle få celler indsamlet fra grise. Niklason, der ledede indsatsen og gjorde meget af arbejdet under et ophold i Langers laboratorium, startede med at tage små biopsier fra halspulsårerne hos seks måneder gamle miniaturesvin. Hun isolerede glatte muskelceller fra hver vævsprøve og brugte disse celler til at så den ydre overflade af et rørformet stillads bygget af en biologisk nedbrydelig polymer, der blev brugt i suturer. Dernæst dyrkede Niklason hvert nyt kar i sit eget særlige vækstkammer kaldet en bioreaktor. Bioreaktorer er standard i vævsteknologi, men i dette tilfælde var der et twist.
Som Langer forklarer, hvad vi gjorde, var at vi satte disse små pumper op, der bankede som et hjerte og koblede dem til de kunstige blodkar. Forskerne fandt ud af, at pulseringen tilskyndede muskelcellerne til at migrere indad og omslutte mikroskopiske fragmenter af polymeren og i sidste ende gjorde blodkarrene meget stærkere. Efter at have dyrket karrene i det pulserende miljø i flere uger, tilføjede de endotelceller - de tynde, flade celler, der beklæder indersiden af mange væv, inklusive blodkar - til deres indre overflader og dyrkede dem i et par dage mere.
Den enkelte ændring ændrede alt totalt, siger Langer. Vi var faktisk i stand til at lave blodkar, der lignede rigtige kar. De fungerede også som rigtige blodkar og forblev åbne og blodpropper i flere uger, da forskerne podede dem ind i store arterier i grisens ben. Nøglen til at få dette til at virke var at efterligne, hvad kroppen gjorde ved at dyrke karrene i et miljø, der pulserede, ligesom et rigtigt kredsløbssystem gør, siger Langer.
Beagle blærer og menneskelige hjerter
Selv uden teknologien til at bygge omfattende vaskulære systemer, har ét vævskonstrueret organ nået det næsten hele vejen til menneskelige forsøg: blæren. Anthony Atala, en urolog og direktør for vævsteknik på børnehospitalet, Boston, besluttede at forsøge at bygge en blære delvist, fordi det virkede som det nemmeste organ til at begynde med. I skelsættende arbejde udført i slutningen af 1990'erne byggede Atalas team nye blærer til seks beagler. Forskerne startede med at tage en en-centimeter-kvadrat biopsi fra hver hunds naturlige blære, isolere foringscellerne og muskelcellerne fra biopsien og dyrke hver celletype separat.
Efter en måned havde Atalas team dyrket nok celler - 300 millioner af hver type - til at konstruere en kunstig blære. De brugte muskelcellerne til at dække ydersiden af et blæreformet polymerstillads, og foringscellerne til at dække indersiden. Forskerne implanterede hver ny blære i en hund efter at have fjernet hundens egen blære. Forskerne opdagede, at ikke kun blodkar fra det omgivende væv voksede ind i den vævsfremstillede blære og holdt dets væv sundt, men hundene havde også næsten lige så stor blærekapacitet som hunde med originalt udstyr.
Det tidlige arbejde gik så godt, at Atala og Cambridge, MA-baserede Curis håber at begynde de første test af den nye blære hos mennesker engang i år. Alligevel er Atala realistisk med hensyn til, hvad han allerede har opnået. Dels har han endnu ikke svaret på spørgsmålet om, hvor længe en biokonstrueret blære holder. Med blæren vil der gå flere år, før vi ved, hvad de langsigtede resultater bliver, forklarer han. Vi har bestemt en god historie med hud. Tyve år hen ad vejen ved vi, at det er fint. Med brusk i knæet har vi en fire- eller femårig historie fra den første gang, den blev anbragt hos patienter. Men med blæren siger Atala: Vi ved det bare ikke.
I mellemtiden er Atalas laboratorium begyndt at tackle nyren og har allerede bygget små nyrelignende enheder, der er i stand til at producere urin. Alligevel, i betragtning af at nyren er en meget kompleks struktur, der omfatter så mange som 20 forskellige typer celler, er forskere nødt til at klare mange tekniske forhindringer, før de laver organer i fuld størrelse til de næsten 48.000 mennesker, der venter på nyretransplantationslister alene i USA. .
Vævs-engineering af et hjerte vil også være en formidabel opgave, men der er et par grunde til at tro, at der vil blive taget konkrete skridt i den retning i en ikke alt for fjern fremtid. For det første omfatter hjertet færre end 10 forskellige celletyper. Måske endnu vigtigere er, at der er to store forskningskonsortier rettet mod orgelet. Det ene er LIFE-initiativet (for Living Implants from Engineering), der blev påbegyndt i 1998 og koordineret af University of Torontos Michael Sefton, med hjælp fra en styregruppe, der omfatter Massachusetts General Hospitals Vacanti og MITs Langer. Initiativet har fået 60 akademiske og statslige forskere fra Nordamerika, Europa og Japan til at arbejde på kroppens kritiske pumpe. Siger Sefton, hvis vi kan løse hjertet, så vil de andre organer følge efter.
Sefton indrømmer gerne, at et projekt så enormt som at bygge hjertet umiddelbart er latterligt. Alligevel mener han, at et konsortium af forskere vil være i stand til at få det til at ske ved at dele jobbet ned i komponentopgaver - f.eks. isolere menneskelige hjertemuskelceller eller bygge fleksible stilladser til at understøtte disse celler.
Den model bliver også testet, siger Sefton, i et samarbejde mellem universitet og industri ledet af University of Washington. Finansieret af en bevilling på 10 millioner dollars fra National Institutes of Health og inkluderende mere end 40 forskere, har University of Washington-projektet opdelt sit løfte i en række mål. Den første er at generere et vævskonstrueret plaster, der kan transplanteres på et beskadiget hjerte. På længere sigt håber forskerne at bygge implanterbare venstre ventrikler, et mål Sefton ser som et mini-moonshot, der kunne opnås inden for tiåret. Men et fuldt funktionelt biomanipuleret hjerte, siger Sefton, vil sandsynligvis koste milliarder af dollars - og hverken LIFE-initiativet eller University of Washingtons har rejst den slags penge endnu.
Lige fra fabrikken
I sidste ende skal enhver metode til at bygge nye menneskelige organer vinde godkendelse fra U.S. Food and Drug Administration. Og det betyder, at orgelbyggere har brug for en standardiseret, reproducerbar fremstillingsproces, siger MIT bioingeniør Linda Griffith. For at nå dette mål har Griffith og hendes kolleger vendt sig til en enhed opfundet af MIT-ingeniør Emanuel Sachs og brugt til hurtig prototyping og fremstilling af en række dele og værktøjer: en tredimensionel pulverprinter eller 3DP-maskine.
Maskinen opbygger komplekse former lag for lag, baseret på en computerfil, der er i stand til at afbilde objektet som en række vandrette skiver. En rulle skubber et tyndt lag pulver hen over en flad bundplade, der hviler oven på et stempel. Dernæst distribuerer et inkjetprinterhoved en lim eller bindemiddel for kun at størkne pulveret, hvor planen for den skive kræver fast materiale. Stemplet skralder derefter pladen ned med tykkelsen af laget, og processen begynder igen. Når alle lagene er printet, kan den nye genstand fjernes fra maskinen, og det overskydende pulver falder væk.
Ved at tilpasse printeren til at bruge polymerpulver, flere printhoveder og specielle bindemidler skabte Griffith og hendes samarbejdspartnere et værktøj, der var i stand til at masseproducere polymerstilladser til nyt væv og organer. Printeren giver ikke kun forskerne mulighed for at kontrollere et stilladss form med stor præcision, den giver dem også mulighed for at indbygge kemiske modifikationer til strukturens overflade, der hjælper med at fortælle forskellige typer celler præcis, hvor og hvordan de skal vokse.
Det er netop den slags fin kontrol, der kan hjælpe vævsingeniører med at erobre selv de mest komplicerede organer. Faktisk arbejder Griffith nu sammen med Vacanti og Princeton, NJ-baserede Therics, på måder at fremstille lever og andre organer med tredimensionel udskrivning. Griffith ved allerede en hel del om dyrkning af levervæv; hun arbejdede på detaljerne, mens hun ledede et forsøg på at udvikle en levercelle-baseret biologisk våbendetektor for U.S. Defense Advanced Research Projects Agency. Håbet er, at videnskabelig viden kombineret med tredimensionel printteknologi vil gøre det muligt at bygge en lever til implantation.
Hvis alt lykkes, som Griffith, Vacanti og deres kolleger håber, kan produktionsmaskiner en dag summe på FDA-certificerede orgelfabrikker. Det er for tidligt at vide, om disse fabrikker vil udskære hele organer på stedet, eller om de i stedet vil producere og sende omfattende stilladsstrukturer, hvorpå læger vil dyrke patienters egne celler, lige på hospitalet. Men begge metoder, hvis de lykkes, lover én ting: en ende på ventelister for transplantation.