| Società | Posizione Prodotti
nella conduttura |
| Scienze tissutali avanzate | La Jolla, CA | Pelle (TransCyte, Dermagraft); cartilagine, legamenti e tendini; vasi sanguigni e valvole cardiache |
| Genzyme Biochirurgia | Cambridge, MA | cellule della cartilagine; innesto di cartilagine (Carticel II) |
| CryoLife | Kennesaw, GA | Valvole cardiache e vasi sanguigni; legamenti |
| Ti importa | Cambridge, MA | Gel di cartilagine per prevenire il reflusso urinario (Chondrogel); Vescica urinaria |
| LifeCell | Branchburg, New Jersey | Pelle (AlloDerm); vasi sanguigni; legamenti e tendini |
| organogenesi | Canton, MA | Pelle (Apligraf, Vitrix); vasi sanguigni |
linee di sangue
Importanti progressi su questo fronte sono arrivati due anni fa, quando gli ingegneri biomedici del MIT Robert Langer e Laura Niklason (ora al Duke University Medical Center) hanno coltivato interi vasi sanguigni da poche cellule raccolte dai maiali. Niklason, che ha guidato lo sforzo e ha svolto gran parte del lavoro durante un periodo di lavoro nel laboratorio di Langer, ha iniziato prelevando piccole biopsie dalle arterie carotidi di suini in miniatura di sei mesi. Ha isolato le cellule muscolari lisce da ciascun campione di tessuto e ha usato quelle cellule per seminare la superficie esterna di un'impalcatura tubolare costruita con un polimero biodegradabile utilizzato nelle suture. Successivamente, Niklason ha coltivato ogni nuovo vaso nella propria camera di crescita speciale chiamata bioreattore. I bioreattori sono lo standard nell'ingegneria dei tessuti, ma in questo caso c'è stata una svolta.
Come spiega Langer, abbiamo installato queste piccole pompe che battevano come un cuore e le abbiamo collegate ai vasi sanguigni artificiali. I ricercatori hanno scoperto che la pulsazione ha incoraggiato le cellule muscolari a migrare verso l'interno, avvolgendo frammenti microscopici del polimero e, infine, ha reso i vasi sanguigni molto più forti. Dopo aver fatto crescere i vasi nell'ambiente pulsante per diverse settimane, hanno aggiunto cellule endoteliali, le cellule sottili e piatte che rivestono l'interno di molti tessuti, compresi i vasi sanguigni, alle loro superfici interne e le hanno fatte crescere per qualche altro giorno.
Quel singolo cambiamento ha cambiato totalmente tutto, dice Langer. Siamo stati effettivamente in grado di creare vasi sanguigni che sembravano veri vasi. Hanno funzionato anche come veri vasi sanguigni, rimanendo aperti e privi di coaguli per diverse settimane quando i ricercatori li hanno innestati nelle grandi arterie delle zampe dei maiali. La chiave per farlo funzionare era imitare ciò che faceva il corpo facendo crescere i vasi in un ambiente che pulsava proprio come fa un vero sistema circolatorio, dice Langer.
Vesciche di Beagle e cuori umani
Anche senza la tecnologia per costruire sistemi vascolari estesi, un organo di ingegneria tissutale è arrivato quasi fino alle prove umane: la vescica. Anthony Atala, un urologo e direttore dell'ingegneria dei tessuti presso il Children's Hospital di Boston, ha deciso di provare a costruire una vescica in parte perché sembrava l'organo più facile con cui cominciare. Nel lavoro fondamentale svolto alla fine degli anni '90, il team di Atala ha costruito nuove vesciche per sei beagle. I ricercatori hanno iniziato prendendo una biopsia di un centimetro quadrato dalla vescica naturale di ciascun cane, isolando le cellule del rivestimento e le cellule muscolari dalla biopsia e coltivando ciascun tipo di cellula separatamente.
Dopo un mese, il team di Atala aveva coltivato abbastanza cellule - 300 milioni di ogni tipo - per costruire una vescica artificiale. Hanno usato le cellule muscolari per rivestire l'esterno di un'impalcatura polimerica a forma di vescica e le cellule del rivestimento per coprire l'interno. I ricercatori hanno impiantato ogni nuova vescica in un cane dopo aver rimosso la vescica del cane. I ricercatori hanno scoperto che non solo i vasi sanguigni del tessuto circostante crescono nella vescica tessutale e mantengono sani i suoi tessuti, ma i cani hanno anche una capacità vescicale quasi pari a quella dei cani con equipaggiamento originale.
I primi lavori sono andati così bene che Atala e Curis, con sede a Cambridge, MA, sperano di iniziare i primi test della nuova vescica negli esseri umani entro quest'anno. Tuttavia, Atala è realistico su ciò che ha già realizzato. Per prima cosa, non ha ancora risposto alla domanda su quanto durerà una vescica bioingegnerizzata. Con la vescica, ci vorranno diversi anni prima di sapere quali saranno i risultati a lungo termine, spiega. Abbiamo sicuramente una buona storia con la pelle. A vent'anni di distanza sappiamo che va bene. Con la cartilagine nel ginocchio, abbiamo una storia di quattro o cinque anni dal momento in cui è stata inserita per la prima volta nei pazienti. Ma con la vescica, dice Atala, non lo sappiamo.
Nel frattempo, il laboratorio di Atala ha iniziato ad affrontare il rene e ha già costruito piccole unità simili a reni in grado di produrre urina. Tuttavia, dato che il rene è una struttura altamente complessa che include fino a 20 diversi tipi di cellule, i ricercatori devono superare molti ostacoli tecnici prima di realizzare organi a grandezza naturale per le quasi 48.000 persone in attesa di trapianti di rene solo negli Stati Uniti. .
Anche l'ingegneria tissutale di un cuore sarà un compito formidabile, ma ci sono un paio di ragioni per credere che passi concreti in quella direzione saranno compiuti in un futuro non troppo lontano. Per prima cosa, il cuore comprende meno di 10 diversi tipi di cellule. Forse ancora più importante, ci sono due grandi consorzi di ricerca che prendono di mira l'organo. Uno è l'iniziativa LIFE (for Living Implants from Engineering), iniziata nel 1998 e coordinata da Michael Sefton dell'Università di Toronto, con l'aiuto di un comitato direttivo che include Vacanti del Massachusetts General Hospital e Langer del MIT. L'iniziativa ha riunito 60 ricercatori accademici e governativi provenienti da Nord America, Europa e Giappone per lavorare sulla pompa critica del corpo. Dice Sefton, se riusciamo a risolvere il cuore, gli altri organi lo seguiranno.
Sefton ammette prontamente che un progetto enorme come quello di costruire il cuore è, a prima vista, ridicolo. Tuttavia, crede che suddividendo il lavoro in compiti componenti, ad esempio isolando le cellule muscolari cardiache umane o costruendo impalcature flessibili per supportare quelle cellule, un consorzio di ricercatori sarà in grado di farlo accadere.
Quel modello è anche in fase di test, afferma Sefton, in una collaborazione università/industria guidata dall'Università di Washington. Finanziato da una sovvenzione di 10 milioni di dollari dal National Institutes of Health e comprendente più di 40 ricercatori, il progetto dell'Università di Washington ha suddiviso la sua impresa in una serie di obiettivi. Il primo è generare un cerotto di ingegneria tissutale che può essere innestato su un cuore danneggiato. A lungo termine, i ricercatori sperano di costruire ventricoli sinistri impiantabili, un obiettivo che Sefton vede come un mini-colpo di luna che potrebbe essere raggiunto entro il decennio. Ma un cuore bioingegnerizzato completamente funzionante, dice Sefton, probabilmente costerà miliardi di dollari, e né l'iniziativa LIFE né l'Università di Washington hanno ancora raccolto quel tipo di denaro.
Direttamente dalla fabbrica
In definitiva, qualsiasi metodo per costruire nuovi organi umani dovrà ottenere l'approvazione della Food and Drug Administration degli Stati Uniti. E questo significa che i costruttori di organi avranno bisogno di un processo di produzione standardizzato e riproducibile, afferma la bioingegnere del MIT Linda Griffith. Per raggiungere questo obiettivo, Griffith e i suoi colleghi si sono rivolti a un dispositivo inventato dall'ingegnere del MIT Emanuel Sachs e utilizzato per la prototipazione rapida e la produzione di una varietà di parti e strumenti: una stampante a polvere tridimensionale o una macchina 3DP.
La macchina costruisce forme complesse strato per strato, sulla base di un file di computer in grado di rappresentare l'oggetto come una serie di sezioni orizzontali. Un rullo spinge un sottile strato di polvere su una piastra di base piatta appoggiata su un pistone. Successivamente, una testina di stampa a getto d'inchiostro distribuisce una colla, o legante, per solidificare la polvere solo dove il progetto per quella fetta richiede materiale solido. Il pistone quindi abbassa la piastra dello spessore dello strato e il processo ricomincia. Quando tutti gli strati sono stati stampati, il nuovo oggetto può essere rimosso dalla macchina e la polvere in eccesso cade.
Adattando la stampante per utilizzare polveri polimeriche, testine di stampa multiple e leganti speciali, Griffith e i suoi collaboratori hanno creato uno strumento in grado di produrre in serie scaffold polimerici per nuovi tessuti e organi. La stampante non solo consente ai ricercatori di controllare la forma di un'impalcatura con grande precisione, ma consente anche loro di apportare modifiche chimiche alla superficie della struttura che aiutano a dire a diversi tipi di cellule esattamente dove e come dovrebbero crescere.
È proprio quel tipo di controllo preciso che può aiutare gli ingegneri dei tessuti a conquistare anche gli organi più complicati. In effetti, Griffith sta ora, insieme a Vacanti e Therics, con sede a Princeton, NJ, che stanno elaborando modi per produrre fegati e altri organi con la stampa tridimensionale. Griffith sa già molto sulla crescita del tessuto epatico; ha lavorato sui dettagli mentre conduceva uno sforzo per sviluppare un rilevatore di armi biologiche a base di cellule epatiche per l'Agenzia per i progetti di ricerca avanzata della difesa degli Stati Uniti. La speranza è che la conoscenza scientifica, combinata con la tecnologia di stampa tridimensionale, renda possibile la costruzione di un fegato per l'impianto.
Se tutto andrà come sperano Griffith, Vacanti e i loro colleghi, le macchine di produzione potrebbero un giorno ronzare nelle fabbriche di organi certificate dalla FDA. È troppo presto per sapere se quelle fabbriche sforneranno interi organi sul posto, o se invece produrranno e spediranno elaborate strutture di scaffold su cui i medici faranno crescere le cellule dei pazienti, proprio in ospedale. Ma entrambi gli approcci, in caso di successo, promettono una cosa: la fine delle liste d'attesa per il trapianto.