俄罗斯姑娘茱莉亚，在怀孕6个月的时候遇到一场车祸。虽然，她和她肚子里的孩子侥幸活了下来，但她的气管在车祸中被截断了。朱丽叶在说话的时候，需要用一只手紧紧扶住颈部。在她说话的时候，伴随着深吸气一样的噪音。现在，朱丽叶要去俄罗斯南部城市——克拉斯诺达尔，做一场重要的手术。在她临行前，她向自己儿子保证：“妈妈回来的时候会有一副新嗓子，能唱摇篮曲给你听。我们还要去海边度假、游泳和潜水。”但目前的茱莉亚连正常的淋浴都无法做到，有几次她还险些窒息而死！
在过去的4年时间里，茱莉亚接受了30多次手术。她的气管依旧没有康复，并引起了慢性肺部感染。她的气管上有一个2cm宽的洞。她的这次手术会成功吗？
保罗·马基亚里尼是世界著名外科医生和干细胞研究者。他的研究领域是制造人造器官。通过采用开创性的方法，他想挽救像茱莉亚这样的病人。
茱莉亚是世界上第一例接受人体咽喉移植手术的患者。医生计划使用生物人工支架和她自身的干细胞为她量身定制咽喉器官。首先，医生对她进行了颈部CT扫描，用以做出一个和她气管一模一样的塑料复制品。然后，在生物细胞反应器里，来自于茱莉亚自身的大量干细胞被移植在支架的顶部，通过这种方式制造器官。
在为茱莉亚进行手术前，保罗去了斯德哥尔摩的卡罗林斯卡研究院。在那里，来自瑞典、新加坡、新西兰和德国的科学家将采用干细胞制造人体器官。保罗准备尝试医学上的革命性突破——他们的最终目标是用人造器官替代捐献器官！用合成材料复制器官，然后将患者的干细胞接种在复制器官上，由此制造出活体器官。
干细胞属于非特定性细胞，它可以发育成各种细胞类型，如心肌细胞，骨细胞，或者是器官组织细胞。
几周以来，科学家们都在实验室为茱莉亚制造气管器官。他们制造出一种特殊营养液来培育干细胞。人造器官会在一个塑料盒子里生长。保罗的得力助手菲利普是研究干细胞的外科医生。他将茱莉亚的复制器官放入容器，然后将她的干细胞注入容器，通过这个容器培育出人体器官。然后，他将容器放入恒温箱内，连上马达，气管支架便开始不断旋转起来。
人造气管是由高度聚合的纳米纤维制成的，浸泡在纤维中的营养液，将干细胞注入到纤维内。它们浸入塑料支架，慢慢扩散，分化包裹住塑料纤维。48小时之后，这个塑料管子就变成人体器官了。
纳米材料来自美国俄亥俄，用细小的塑料纤维制造。发明者杰德解释道：“所有东西都可以附着在纳米纤维上，人体主要由胶原蛋白和各种蛋白质组成。我们利用人工合成的聚合物来制造相同的结构。当你取出一个人体干细胞时，如果你把它放在塑料培养皿内，细胞的生长不很好。但是，你把同样一个干细胞放在纤维泥上，干细胞就会长得更快、更好。通过利用纳米材料，我们给干细胞创造出一个模仿人体的生长环境。
纳米纤维的结构和气管组织的结构很相似，干细胞会进入到基质，然后在纤维内扩散。在这基质上，干细胞在人造支架上会生长的更快。如果没有干细胞，人造气管会被身体排斥。
一切准备就绪，几天之后，茱莉亚将接受人造气管移植手术。保罗的助手菲利普先于茱莉亚来到俄罗斯南部城市克拉斯诺达尔，提前熟悉医院布局和实验室。他们要通过骨髓穿刺提取茱莉亚的干细胞，然后进行干细胞接种。
细胞生物反应器的制造者大卫格林也从哈佛赶来，他将为菲利普接下来的工作提供技术支持。
与此同时，茱莉亚也来到克拉斯诺达尔，她对术后效果还是有担心。首先，茱莉亚要在手术后必须把头压在胸上，这个动作要保持7天。
手术前的两天，另外一位世界级外科器官移植医生波汉诺夫到了。他已经将一支国际科学家团队带到俄罗斯南部，以确保手术成功。
手术前，保罗先检查了人造气管。这是保罗第一次见到茱莉亚的人造气管，他需要检查它的稳定性。茱莉亚的另一位手术医生波汉诺夫也对塑料气管表示满意。
在手术的前一天，保罗告诉茱莉亚，他们需要从茱莉亚身上取下一部分胸肌，将脂肪取出来用于填补脖子上的洞，这样才能在手术后缝上她颈部的洞。
手术当天，菲利普将人造气管从恒温器里取出来，来到手术室。当反应器打开后，人造气管接触到空气变得非常脆弱。菲利普又一次用干细胞液体湿润它。然后，他将气管递给保罗植入茱莉亚体内，整个医院在这一刻屏息等待。他们成功了！
茱莉亚重新有了新气管，她的部分喉咙也接受了移植。她终于能像以前一样正常说话了。她苏醒后问保罗：“我能不能再次和儿子一起玩耍？”保罗回答她：“当然能。”
