Anthony Atala è un chirurgo pediatrico, urologo e dirige l’ Istituto di Wake Forest per la medicina rigenerativa (WFIRM) nella Carolina del Nord. Insieme a 400 colleghi e in un lavoro che dura da più di trent’anni, ha impiantato con successo in pazienti umani una varietà di tessuti rigenerati dalle cellule del paziente stesso. Il Dott. Atala ha parlato dei modi per tradurre la scienza della medicina rigenerativa in terapia clinica e l’importanza dell’adozione di nuove tecnologie, nonché alcune delle sfide.
“Negli anni ’90 abbiamo creato a mano, anche senza usare la stampante, vesciche, pelle, cartilagine, uretra, organi muscolari e vaginali e successivamente li abbiamo impiantati con successo nei pazienti. La stampante ha automatizzato ciò che stavamo già facendo e lo ha ridimensionato rendendo più semplici alcuni processi. Tuttavia, la tecnologia ha le sue sfide. Con i costrutti fatti a mano hai più controllo mentre crei il tessuto, ma con la struttura stampata tutto deve essere incorporato prima che venga creato, così devi avere tutto il piano e le informazioni pronte per andare una volta premuto ‘ “pulsante”, ha suggerito il dott. Atala, che ha conseguito la laurea in medicina presso l’ Università di Louisville School of Medicine e ha completato una borsa di studio presso la Harvard Medical School, prima di unirsi a Wake Forest Baptist nel 2006 come direttore fondatore del Wake Forest Institute for Regenerative Medicine e presidente del Dipartimento di Urologia.
La WFIRM sta lavorando per far crescere tessuti e organi e sviluppare terapie cellulari di guarigione per più di 40 diverse aree del corpo, dai reni e trachea alla cartilagine e alla pelle . Il dott. Atala e il suo team di scienziati sono stati i primi al mondo ad impiantare tessuti e organi cresciuti in laboratorio nei pazienti. A partire dal 1990 con la maggior parte delle loro ricerche e impiantando le prime strutture alla fine di quel decennio, utilizzando una stampante 3D per costruire un’impalcatura sintetica di una vescica umana, che poi rivestivano con cellule prelevate dai loro pazienti. Una nuova ricerca alla WFIRM mostra una guarigione delle ferite innovativa attraverso l’uso di una stampante 3D per la pelle del letto.
“Oggi continuiamo a sviluppare tessuti e organi sostitutivi e stiamo anche lavorando per accelerare la disponibilità di questi trattamenti ai pazienti. L’obiettivo finale è creare tessuti per i pazienti. Parte di questo è prendere un pezzo molto piccolo del tessuto dei pazienti dall’organo che stiamo cercando di ricostruire, come i muscoli oi vasi sanguigni, solo per espandere le cellule all’esterno del corpo e quindi usarli per creare l’organo o la struttura insieme a un ponteggio o un idrogel che è la colla che tiene insieme le cellule. Lo stiamo facendo da un po ‘di tempo con i pazienti e 16 anni fa ci siamo resi conto che dovevamo aumentare la tecnologia e automatizzarla per lavorare con migliaia di pazienti alla volta, così abbiamo iniziato a pensare alle stampanti 3D e abbiamo iniziato a usare il tipica stampante desktop a getto d’inchiostro che è stata modificata internamente per stampare le celle in una forma 3D “, ha proseguito il dott. Atala, che dirige anche l’Istituto delle forze armate della medicina rigenerativa,
Le cellule viventi sono state collocate nei pozzetti della cartuccia d’inchiostro e la stampante è stata programmata per stamparle in un determinato ordine. La stampante fa ora parte della collezione permanente del National Museum of Health and Medicine . Secondo il dott. Atala, tutte le stampanti del WFIRM continuano ad essere costruite internamente appositamente per creare tessuti, in modo che siano altamente specializzati e in grado di creare cellule senza danneggiare il tessuto mentre viene stampato. All’interno dell’istituto, oltre 400 scienziati nel campo dell’ingegneria biomedica e chimica, biologia cellulare e molecolare, biochimica, farmacologia, fisiologia, scienza dei materiali, nanotecnologia, genomica, proteomica, chirurgia e medicina lavorano per cercare di sviluppare alcuni dei più avanzati organi funzionali per i loro pazienti.
Il dott. Atala afferma che “dobbiamo davvero capire le cellule per fare questo lavoro. Per arrivare dove siamo ora, abbiamo studiato e studiato la biologia cellulare durante la maggior parte dei primi 10 anni del nostro lavoro. Per noi è fondamentale capire come raccogliere le cellule, tenerle in vita, come farle crescere in grandi quantità e assicurarsi che mantengano le loro normali funzioni. Le cellule sono vive e abbiamo bisogno di mantenerle in questo modo, dando loro nutrimento e mantenendole nelle stesse condizioni di quelle che avevano nel corpo umano – compresa una temperatura di 37 gradi centigradi e il 95% di ossigeno. Li mettiamo in incubatrici che offrono le stesse condizioni del corpo umano, in seguito nutriamo artificialmente le cellule con i nutrienti e quando creiamo i tessuti li nutriamo anche noi. Possiamo lasciarli solo fuori dal corpo per un breve periodo di tempo,
Alla WFRIM si stanno concentrando sulla medicina personalizzata, in base alla quale gli scienziati utilizzano il tessuto campione dal paziente che stanno trattando, lo coltivano e lo impiantano per evitare il rigetto. Il dott. Atala afferma che “queste tecnologie vengono ampiamente testate prima di essere impiantate in un paziente” e che “potrebbero passare anni o addirittura decenni di ricerca e investigazione prima di passare dalla fase sperimentale a quella effettiva negli esseri umani”.
“Il nostro obiettivo per il prossimo decennio è quello di continuare a impiantare i tessuti nei pazienti, tuttavia, la cosa più importante per noi è di temperare le aspettative della gente perché questi tessuti escono molto lentamente e ne escono uno alla volta, quindi non lo facciamo dare false speranze e fornire la tecnologia ai pazienti che ne hanno veramente bisogno. Lavorare con oltre 40 diversi tessuti e organi, significa che circa 10 applicazioni di queste tecnologie sono già presenti nei pazienti. La ricerca che abbiamo fatto ci aiuta a classificare i tessuti in ordine di complessità, quindi sappiamo che le strutture piatte (come la pelle) sono le meno complesse; le strutture tubolari (come i vasi sanguigni) hanno il secondo livello di complessità e gli organi cavi non tubolari, compresi la vescica o lo stomaco, hanno il terzo livello di complessità perché l’architettura delle cellule è multiforme. Finalmente,
Con l’obiettivo di curare, piuttosto che curare semplicemente, la malattia, nei primi anni 2000, il dott. Atala guidò con successo un progetto per far crescere una vescica umana con bioprinting e trapiantarla su un giovane paziente affetto da spina bifida, una condizione che può causare problemi alla vescica . Il caso del paziente è stato un primo esempio di ciò che l’ingegneria tissutale può realizzare, ma i progressi nella bioprinting stanno rendendo questi casi più comuni e ora l’investigatore principale dell’istituto di Wake Forest ha anche messo gli occhi sui reni di bioprinting, uno degli organi più richiesti. E sebbene affermi che la scienza stia procedendo nella giusta direzione, è ancora lontanastampa di organi completamente funzionali per il trapianto nell’uomo. Il dott. Atala ha iniziato a lavorare a ritroso quando i tessuti sono stati ingegnerizzati a mano e, con l’avanzare della ricerca, ha notato i maggiori bisogni di soluzioni migliori.
“Stiamo ancora cercando modi migliori per quello che facciamo oggi, e questo non cambierà mai, perché vorremmo sempre migliorare il processo di ingegneria tissutale”, ha detto il dott. Atala.
Ci sono molte tecnologie a beneficio del settore della medicina rigenerativa, tra cui la nanotecnologia e l’editing genico.
“Con il progredire della scienza, possiamo trarre beneficio da ricerche di punta in altre aree e aiutarci a vicenda”, ha detto il dott. Atala. “Il ritmo è aumentato, perché sappiamo molto più di quanto abbiamo fatto 30 anni fa, abbiamo più conoscenze che ci permettono di essere più precisi nelle nostre strategie. Ciò non significa che stiamo procedendo più velocemente, ma l’informazione che otteniamo ci consente di essere più precisi nel modo in cui indirizziamo le nostre soluzioni “.
Il dott. Atala e il suo team comprendono in prima persona come trattare e prendersi cura dei pazienti, motivo per cui la WFIRM è così brava a far progredire la medicina rigenerativa. Il dott. Atala sa quanto sia importante per la salute di un paziente impiantare un tessuto prelevato dalle cellule della persona stessa, e attende con impazienza le prossime tecnologie dirompenti che porteranno la medicina rigenerativa ad ulteriori progressi per soluzioni di salute migliori. Una cosa è certa, la domanda per la tecnologia WFIRM molto probabilmente aumenterà nei prossimi anni.
