Anthony Atala 推動(dòng)醫(yī)學(xué)未來：從手術(shù)刀到生物打印機(jī)

2024年12月，南極熊獲悉，Anthony Atala 正在引領(lǐng)一場(chǎng)醫(yī)學(xué)革命——不是通過傳統(tǒng)的手術(shù)刀，而是借助于先進(jìn)的生物打印技術(shù)。作為維克森林再生醫(yī)學(xué)研究所（WFIRM）的主任，Atala 博士正致力于將生物打印技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室推向臨床應(yīng)用，為患者帶來前所未有的治療選擇。他不僅是一名兒科外科醫(yī)生，更是一位創(chuàng)新者，其工作跨越了醫(yī)學(xué)科學(xué)和工程學(xué)的界限，旨在重塑患者的護(hù)理方式。


△Anthony Atala

生物打印：解決醫(yī)療難題的新途徑
Atala 博士認(rèn)為，生物打印不僅僅是技術(shù)上的突破，更是應(yīng)對(duì)當(dāng)前醫(yī)療挑戰(zhàn)的有效手段。他強(qiáng)調(diào)了在復(fù)雜組織打印方面取得的重大進(jìn)展.。他表示：“以前，任何超過200微米的結(jié)構(gòu)都難以長期存活。如今，已經(jīng)能夠打印更大、更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，并確保它們保持血管化�！边@一成就解決了再生醫(yī)學(xué)中一個(gè)關(guān)鍵問題——如何維持生物打印組織的活力和功能性，使其準(zhǔn)備好用于未來的臨床應(yīng)用。

WFIRM 已經(jīng)開發(fā)出了40多種不同類型的組織和器官，包括肌肉、軟骨以及復(fù)雜的腎臟結(jié)構(gòu)，許多成果已經(jīng)應(yīng)用于實(shí)際患者身上。鑒于移植名單上88%的患者急需腎臟，WFIRM 初期的重點(diǎn)之一便是腎臟研究。除了腎臟外，團(tuán)隊(duì)還在積極探索肝臟、心臟及骨骼肌等多種組織的研究，以滿足多樣化的需求。

得益于 WFIRM 符合FDA標(biāo)準(zhǔn)的制造設(shè)施，Atala 和他的團(tuán)隊(duì)可以從概念設(shè)計(jì)一直推進(jìn)到臨床試驗(yàn)階段，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)患者的治療。雖然這個(gè)過程可能長達(dá)14年，但這種嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆椒ù_保了每一步的安全性和有效性，讓患者可以在受控環(huán)境中接受最先進(jìn)的療法。


△由 WFIRM 創(chuàng)建的腎臟

臨床應(yīng)用與榮譽(yù)獎(jiǎng)項(xiàng)
目前，已有17種基于生物打印技術(shù)的應(yīng)用被成功應(yīng)用于患者，而更多項(xiàng)目正在穩(wěn)步推進(jìn)中。這些項(xiàng)目涵蓋了從初步試點(diǎn)研究到高級(jí)三期臨床試驗(yàn)的不同階段，預(yù)示著未來十年內(nèi)這些技術(shù)有望廣泛投入使用。2023年，Atala 團(tuán)隊(duì)因其在3D腎臟構(gòu)造平臺(tái)上的杰出貢獻(xiàn)榮獲了KidneyX Track 2的100萬美元獎(jiǎng)金，這標(biāo)志著他們?cè)谌斯つI臟再生領(lǐng)域的重大突破，有助于緩解器官捐贈(zèng)短缺的問題。

此外，WFIRM 在傷口愈合方面也取得了顯著進(jìn)展。2023年10月，該機(jī)構(gòu)在  “Science Translational Medicine ”期刊上發(fā)表了一項(xiàng)重要研究，介紹了一種全層人體生物打印皮膚。這種新型皮膚不僅促進(jìn)了傷口愈合，還實(shí)現(xiàn)了血管化和表皮網(wǎng)脊的形成，為嚴(yán)重?zé)齻�和其他皮膚損傷提供了新的治療方案。


△WFIRM 團(tuán)隊(duì)的一名成員正在操作生物打印機(jī)

醫(yī)生與研究員雙重身份的獨(dú)特視角
作為一名活躍在外科一線的醫(yī)生，Atala 深知臨床需求的重要性。他說：“參與臨床實(shí)踐使我們能夠緊跟醫(yī)學(xué)發(fā)展趨勢(shì)，確保我們的研究直接回應(yīng)患者的需要�！� 這種親身體驗(yàn)推動(dòng)了 WFIRM 的使命，即開發(fā)符合嚴(yán)格臨床標(biāo)準(zhǔn)并能真正改善患者生活質(zhì)量的生物打印組織。

Atala 解釋道，對(duì)于許多患者而言，并不需要完全復(fù)制整個(gè)器官。只要將器官的功能恢復(fù)到一定程度，比如10%，就能顯著提高患者的生活質(zhì)量。他舉例說，當(dāng)某個(gè)器官的功能下降到90%時(shí)，患者才開始出現(xiàn)癥狀。因此，通過生物打印技術(shù)增強(qiáng)部分器官功能，可以幫助患者恢復(fù)正常生活，而不必等待全面移植。這種方法不僅加快了治療速度，也為那些長期等待移植的患者帶來了希望。


△WFIRM 的 Young-Joon Seol 演示了生物打印肌肉組織

綜合分析與人工智能助力
WFIRM 采用了一種“整體性”的研究方法，整合基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)乃至脂質(zhì)組學(xué)等多學(xué)科知識(shí)，全面了解每個(gè)生物打印組織的生物學(xué)特性。這種綜合分析確保了組織的功能性和適應(yīng)性。

人工智能（AI）和機(jī)器學(xué)習(xí)也在 WFIRM 發(fā)揮重要作用，幫助研究人員更好地理解細(xì)胞行為，預(yù)測(cè)組織反應(yīng)，并優(yōu)化生物打印過程�！癆I 讓我們能夠識(shí)別出組織形成中的特征模式，從而改進(jìn)技術(shù)，”Atala 表示。“利用這些工具，我們可以提前預(yù)見并解決問題，確保從實(shí)驗(yàn)室到臨床的順利過渡。”

外太空的合作探索
Atala 的研究不僅僅局限于地球表面，他還與 NASA 合作，在國際空間站（ISS）上進(jìn)行了生物打印實(shí)驗(yàn)。目的是探究微重力環(huán)境如何加速組織生長和血管化——這是構(gòu)建復(fù)雜器官的關(guān)鍵因素之一。這項(xiàng)研究是 NASA 支持的一系列實(shí)驗(yàn)的一部分，旨在揭示太空微重力條件如何促進(jìn)地球上的組織工程發(fā)展。

“為了應(yīng)對(duì)NASA的血管挑戰(zhàn)，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種能在體外存活至少一個(gè)月的組織結(jié)構(gòu)�！边@種耐久性得益于 WFIRM 定制開發(fā)的生物打印機(jī)，它經(jīng)過14年的研發(fā)，具備處理人體組織復(fù)雜性的能力。



定制技術(shù)的力量
Atala 強(qiáng)調(diào)，他們花費(fèi)了大量時(shí)間來開發(fā)這些定制化的生物打印設(shè)備，以確保其能夠根據(jù)特定組織類型的要求精確調(diào)整打印參數(shù)。盡管實(shí)驗(yàn)室中也有一些商用生物打印機(jī)用于常規(guī)研究，但在實(shí)際組織打印過程中，WFIRM 完全依賴自己工程師制造的定制機(jī)器。“我們不斷努力提升硬件、生物墨水和軟件的質(zhì)量，使之更加適用于臨床應(yīng)用�？吹轿覀兊募夹g(shù)逐漸普及，我們感到非常自豪�！�

在再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，Atala 是一名開拓者，始終站在生物打印技術(shù)發(fā)展的最前沿。他的綜合性研究方法和對(duì)患者護(hù)理的高度關(guān)注，使 WFIRM 成為全球生物打印領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，塑造著醫(yī)學(xué)的未來。