Anthony Atala 推动医学未来：从手术刀到生物打印机

2024年12月，南极熊获悉，Anthony Atala 正在引领一场医学革命——不是通过传统的手术刀，而是借助于先进的生物打印技术。作为维克森林再生医学研究所（WFIRM）的主任，Atala 博士正致力于将生物打印技术从实验室推向临床应用，为患者带来前所未有的治疗选择。他不仅是一名儿科外科医生，更是一位创新者，其工作跨越了医学科学和工程学的界限，旨在重塑患者的护理方式。


△Anthony Atala

生物打印：解决医疗难题的新途径
Atala 博士认为，生物打印不仅仅是技术上的突破，更是应对当前医疗挑战的有效手段。他强调了在复杂组织打印方面取得的重大进展.。他表示：“以前，任何超过200微米的结构都难以长期存活。如今，已经能够打印更大、更复杂的结构，并确保它们保持血管化。”这一成就解决了再生医学中一个关键问题——如何维持生物打印组织的活力和功能性，使其准备好用于未来的临床应用。

WFIRM 已经开发出了40多种不同类型的组织和器官，包括肌肉、软骨以及复杂的肾脏结构，许多成果已经应用于实际患者身上。鉴于移植名单上88%的患者急需肾脏，WFIRM 初期的重点之一便是肾脏研究。除了肾脏外，团队还在积极探索肝脏、心脏及骨骼肌等多种组织的研究，以满足多样化的需求。

得益于 WFIRM 符合FDA标准的制造设施，Atala 和他的团队可以从概念设计一直推进到临床试验阶段，最终实现对患者的治疗。虽然这个过程可能长达14年，但这种严谨的方法确保了每一步的安全性和有效性，让患者可以在受控环境中接受最先进的疗法。


△由 WFIRM 创建的肾脏

临床应用与荣誉奖项
目前，已有17种基于生物打印技术的应用被成功应用于患者，而更多项目正在稳步推进中。这些项目涵盖了从初步试点研究到高级三期临床试验的不同阶段，预示着未来十年内这些技术有望广泛投入使用。2023年，Atala 团队因其在3D肾脏构造平台上的杰出贡献荣获了KidneyX Track 2的100万美元奖金，这标志着他们在人工肾脏再生领域的重大突破，有助于缓解器官捐赠短缺的问题。

此外，WFIRM 在伤口愈合方面也取得了显著进展。2023年10月，该机构在  “Science Translational Medicine ”期刊上发表了一项重要研究，介绍了一种全层人体生物打印皮肤。这种新型皮肤不仅促进了伤口愈合，还实现了血管化和表皮网脊的形成，为严重烧伤和其他皮肤损伤提供了新的治疗方案。


△WFIRM 团队的一名成员正在操作生物打印机

医生与研究员双重身份的独特视角
作为一名活跃在外科一线的医生，Atala 深知临床需求的重要性。他说：“参与临床实践使我们能够紧跟医学发展趋势，确保我们的研究直接回应患者的需要。” 这种亲身体验推动了 WFIRM 的使命，即开发符合严格临床标准并能真正改善患者生活质量的生物打印组织。

Atala 解释道，对于许多患者而言，并不需要完全复制整个器官。只要将器官的功能恢复到一定程度，比如10%，就能显著提高患者的生活质量。他举例说，当某个器官的功能下降到90%时，患者才开始出现症状。因此，通过生物打印技术增强部分器官功能，可以帮助患者恢复正常生活，而不必等待全面移植。这种方法不仅加快了治疗速度，也为那些长期等待移植的患者带来了希望。


△WFIRM 的 Young-Joon Seol 演示了生物打印肌肉组织

综合分析与人工智能助力
WFIRM 采用了一种“整体性”的研究方法，整合基因组学、蛋白质组学、代谢组学乃至脂质组学等多学科知识，全面了解每个生物打印组织的生物学特性。这种综合分析确保了组织的功能性和适应性。

人工智能（AI）和机器学习也在 WFIRM 发挥重要作用，帮助研究人员更好地理解细胞行为，预测组织反应，并优化生物打印过程。“AI 让我们能够识别出组织形成中的特征模式，从而改进技术，”Atala 表示。“利用这些工具，我们可以提前预见并解决问题，确保从实验室到临床的顺利过渡。”

外太空的合作探索
Atala 的研究不仅仅局限于地球表面，他还与 NASA 合作，在国际空间站（ISS）上进行了生物打印实验。目的是探究微重力环境如何加速组织生长和血管化——这是构建复杂器官的关键因素之一。这项研究是 NASA 支持的一系列实验的一部分，旨在揭示太空微重力条件如何促进地球上的组织工程发展。

“为了应对NASA的血管挑战，我们设计了一种能在体外存活至少一个月的组织结构。”这种耐久性得益于 WFIRM 定制开发的生物打印机，它经过14年的研发，具备处理人体组织复杂性的能力。



定制技术的力量
Atala 强调，他们花费了大量时间来开发这些定制化的生物打印设备，以确保其能够根据特定组织类型的要求精确调整打印参数。尽管实验室中也有一些商用生物打印机用于常规研究，但在实际组织打印过程中，WFIRM 完全依赖自己工程师制造的定制机器。“我们不断努力提升硬件、生物墨水和软件的质量，使之更加适用于临床应用。看到我们的技术逐渐普及，我们感到非常自豪。”

在再生医学领域，Atala 是一名开拓者，始终站在生物打印技术发展的最前沿。他的综合性研究方法和对患者护理的高度关注，使 WFIRM 成为全球生物打印领域的领导者，塑造着医学的未来。