Ich bin Neurochirurgin. Wie die meisten meiner Kollegen habe ich jeden Tag mit menschlichen Tragödien zu tun. Ich weiß, wie sich Ihr Leben von einer Sekunde auf die andere ändern kann, nach einem schweren Schlaganfall oder nach einem Autounfall. Für uns Neurochirurgen ist es sehr frustrierend, dass das Gehirn, im Gegensatz zu anderen Körperorganen, eine sehr geringe Fähigkeit zur Selbstheilung hat. Nach einer schweren Verletzung des zentralen Nervensystems haben die Patienten oft eine bleibende, schwere Behinderung. Das ist wohl der Grund, warum ich funktionelle Neurochirurgin wurde.
So I'm a neurosurgeon. And like most of my colleagues, I have to deal, every day, with human tragedies. I realize how your life can change from one second to the other after a major stroke or after a car accident. And what is very frustrating for us neurosurgeons is to realize that unlike other organs of the body, the brain has very little ability for self-repair. And after a major injury of your central nervous system, the patients often remain with a severe handicap. And that's probably the reason why I've chosen to be a functional neurosurgeon.
Was ist ein funktioneller Neurochirurg? Ein Arzt, der versucht, die Nervenfunktionen durch verschiedene chirurgischen Maßnahmen zu verbessern. Sicher haben sie von einer der bekanntesten gehört, der "Tiefenhirnstimulation". Dabei implantiert man eine Elektrode tief im Gehirn, um die Schaltkreise der Neuronen so zu beeinflussen, dass sich die neurologische Funktion verbessert. Es ist wirklich eine erstaunliche Technologie. Sie hat das Schicksal von Patienten mit Parkinson verbessert, die unter heftigem Zittern und schweren Schmerzen litten. Neuromodulation jedoch bedeutet nicht Neuro-Heilung. Der Traum funktionaler Neurochirurgen ist die Wiederherstellung des Gehirns. Meiner Meinung nach nähern wir uns diesem Traum.
What is a functional neurosurgeon? It's a doctor who is trying to improve a neurological function through different surgical strategies. You've certainly heard of one of the famous ones called deep brain stimulation, where you implant an electrode in the depths of the brain in order to modulate a circuit of neurons to improve a neurological function. It's really an amazing technology in that it has improved the destiny of patients with Parkinson's disease, with severe tremor, with severe pain. However, neuromodulation does not mean neuro-repair. And the dream of functional neurosurgeons is to repair the brain. I think that we are approaching this dream.
Ich möchte Ihnen zeigen, dass wir sehr nahe dran sind. Mit etwas Hilfe kann das Gehirn sich selbst helfen.
And I would like to show you that we are very close to this. And that with a little bit of help, the brain is able to help itself.
Die Geschichte begann vor 15 Jahren. Zu der Zeit war ich leitende Oberärztin und arbeitete Tag und Nacht in der Notaufnahme. Oft versorgte ich Patienten mit Schädel-Hirn-Trauma. Sie müssen sich vorstellen, dass bei Schädel-Hirn-Traumata das Gehirn anschwillt und der Schädelinnendruck ansteigt. Um das Leben zu retten, muss man den Schädelinnendruck vermindern. Dafür muss man manchmal einen Teil geschwollener Hirnmasse entfernen. Anstatt die geschwollene Hirnmasse wegzuwerfen, entschlossen wir uns mit Jean-François Brunet, einem meiner Kollegen, ein Biologe, die Hirnmasse zu analysieren.
So the story started 15 years ago. At that time, I was a chief resident working days and nights in the emergency room. I often had to take care of patients with head trauma. You have to imagine that when a patient comes in with a severe head trauma, his brain is swelling and he's increasing his intracranial pressure. And in order to save his life, you have to decrease this intracranial pressure. And to do that, you sometimes have to remove a piece of swollen brain. So instead of throwing away these pieces of swollen brain, we decided with Jean-François Brunet, who is a colleague of mine, a biologist, to study them.
Was meine ich damit? Wir wollten Zellen aus diesem Gewebe wachsen lassen. Das ist keine leichte Aufgabe. Zellen von einem Gewebestück wachsen zu lassen, ist vergleichbar mit ganz kleinen Kindern, die aus Ihren Familien herausgenommen werden. Man muss die richtige Ernährung, Temperatur, Feuchtigkeit und die Umgebungen finden, um sie gedeihen zu lassen. Genau das mussten wir mit diesen Zellen machen. Nach vielen Versuchen schaffte es Jean-François. Das sah er unter seinem Mikroskop.
What do I mean by that? We wanted to grow cells from these pieces of tissue. It's not an easy task. Growing cells from a piece of tissue is a bit the same as growing very small children out from their family. So you need to find the right nutrients, the warmth, the humidity and all the nice environments to make them thrive. So that's exactly what we had to do with these cells. And after many attempts, Jean-François did it. And that's what he saw under his microscope.
Das war für uns eine große Überraschung. Warum? Es sah genau so aus wie eine Stammzellenkultur. Mit großen grünen Zellen, die von kleinen, unreifen Zellen umgeben sind. Vielleicht wissen Sie noch aus dem Biologieunterricht, dass Stammzellen unreife Zellen sind, die sich in jeden Zelltyp des Organismus verwandeln können. Das erwachsene Gehirn hat Stammzellen, aber sehr wenige. Sie sind in tiefen, kleinen Nischen des Gehirns verborgen. Es ist überraschend, diese Art von Stammzellen aus dem Oberflächengewebe der Hirnmasse in der OP zu erhalten.
And that was, for us, a major surprise. Why? Because this looks exactly the same as a stem cell culture, with large green cells surrounding small, immature cells. And you may remember from biology class that stem cells are immature cells, able to turn into any type of cell of the body. The adult brain has stem cells, but they're very rare and they're located in deep and small niches in the depths of the brain. So it was surprising to get this kind of stem cell culture from the superficial part of swollen brain we had in the operating theater.
Wir machten eine weitere faszinierende Beobachtung: Normale Stammzellen sind sehr aktiv -- sie teilen sich sehr schnell. Sie sterben nie, sie sind unsterblich. Aber diese Zellen verhielten sich anders. Sie teilten sich langsam und nach ein paar Wochen starben sie sogar. Wir sahen also eine neue, seltsame Zellpopulation, die wie Stammzellen aussah, sich aber anders verhielt.
And there was another intriguing observation: Regular stem cells are very active cells -- cells that divide, divide, divide very quickly. And they never die, they're immortal cells. But these cells behave differently. They divide slowly, and after a few weeks of culture, they even died. So we were in front of a strange new cell population that looked like stem cells but behaved differently.
Wir brauchten lange, um zu verstehen, woher sie kamen. Sie stammen von diesen Zellen. Diese blauen und roten Zellen heißen Doublecortin-positive Zellen. Wir alle haben sie in unserem Gehirn. Sie machen 4 % unserer Großhirnrindenzellen aus. Sie spielen eine sehr wichtige Rolle in unserer Entwicklung. Im Stadium des Fötus sorgen sie für die Faltung des Gehirns. Aber warum bleiben sie uns erhalten? Das wissen wir nicht. Wir glauben, dass sie sich an der Heilung des Gehirns beteiligen, da wir sie in höheren Konzentrationen nahe an Gehirnverletzungen finden. Das ist jedoch nicht so sicher. Eine Sache ist jedoch klar -- von diesen Zellen erhielten wir unsere Stammzellen. Wir stehen vor einer potenziellen Zellquelle, die Gehirnheilung ermöglicht. Das mussten wir beweisen.
And it took us a long time to understand where they came from. They come from these cells. These blue and red cells are called doublecortin-positive cells. All of you have them in your brain. They represent four percent of your cortical brain cells. They have a very important role during the development stage. When you were fetuses, they helped your brain to fold itself. But why do they stay in your head? This, we don't know. We think that they may participate in brain repair because we find them in higher concentration close to brain lesions. But it's not so sure. But there is one clear thing -- that from these cells, we got our stem cell culture. And we were in front of a potential new source of cells to repair the brain. And we had to prove this.
Also entschlossen wir uns, ein Experiment zu entwickeln. Wir wollten ein Stück Gehirnmasse aus dem nichtsprachlichen Bereich entnehmen und dann die Zellen genau so kultivieren, wie es Jean-François tat und sie anschließend farblich markieren, um sie im Gehirn verfolgen zu können. Im letzten Schritt reimplantierten wir sie an der Entnahmestelle desselben Individuums. Wir nennen das autologe Transplantation -- Autotransplantation.
So to prove it, we decided to design an experimental paradigm. The idea was to biopsy a piece of brain in a non-eloquent area of the brain, and then to culture the cells exactly the way Jean-François did it in his lab. And then label them, to put color in them in order to be able to track them in the brain. And the last step was to re-implant them in the same individual. We call these autologous grafts -- autografts.
Eine unserer ersten Fragen war: Was passiert, wenn wir diese Zellen in normales Hirngewebe reimplantieren? Und was wird passieren, wenn wir die gleichen Zellen in geschädigtes Gehirngewebe reimplantieren? Dank der Hilfe von Prof. Eric Rouiller konnten wir mit Affen arbeiten.
So the first question we had, "What will happen if we re-implant these cells in a normal brain, and what will happen if we re-implant the same cells in a lesioned brain?" Thanks to the help of professor Eric Rouiller, we worked with monkeys.
Im ersten Szenario reimplantierten wir die Zellen in ein gesundes Gehirn, und wir beobachteten, dass sie nach einigen Wochen komplett verschwanden, als wären sie wieder entnommen worden, gehen sie zurück nach Hause. Der Raum ist schon besetzt, sie werden dort nicht gebraucht, also verschwinden sie.
So in the first-case scenario, we re-implanted the cells in the normal brain and what we saw is that they completely disappeared after a few weeks, as if they were taken from the brain, they go back home, the space is already busy, they are not needed there, so they disappear.
Im zweiten Szenario fügten wir eine Verletzung zu und reimplantierten genau die gleichen Zellen und nun blieben die Zellen erhalten -- sie wuchsen zu reifen Neuronen heran. Hier sehen Sie, was wir unter dem Mikroskop beobachten konnten. Das sind die Zellen, die reimplantiert wurden. Der Beweis, den sie zeigen, sind diese kleinen Punkte. Das sind die Zellen, die wir in vitro, in der Kultur färbten.
In the second-case scenario, we performed the lesion, we re-implanted exactly the same cells, and in this case, the cells remained -- and they became mature neurons. And that's the image of what we could observe under the microscope. Those are the cells that were re-implanted. And the proof they carry, these little spots, those are the cells that we've labeled in vitro, when they were in culture.
Hier konnten wir natürlich nicht aufhören. Helfen diese Zellen auch einem Affen, sich von einer Hirnverletzung zu erholen? Also trainierten wir Affen mit einer manuellen Geschicklichkeitsaufgabe. Sie mussten Futterpellets von einem Tablett nehmen. Das machten sie sehr gut. Als sie ein stabiles Geschicklichkeitsniveau erreicht hatten, verletzten wir im motorischen Cortex den Handmotorik-Bereich. Daraufhin waren die Affen gelähmt, sie konnten ihre Hand nicht mehr bewegen. Genau wie es bei Menschen geschehen würde, erholten sie sich spontan bis zu einem gewissen Grad, genau wie nach einem Schlaganfall. Die Patienten sind gelähmt und dann versuchen sie sich mit Hilfe plastischer Gehirnmechanismen zu erholen. Sie erholen sich zu einem gewissen Grad, genauso wie beim Affen.
But we could not stop here, of course. Do these cells also help a monkey to recover after a lesion? So for that, we trained monkeys to perform a manual dexterity task. They had to retrieve food pellets from a tray. They were very good at it. And when they had reached a plateau of performance, we did a lesion in the motor cortex corresponding to the hand motion. So the monkeys were plegic, they could not move their hand anymore. And exactly the same as humans would do, they spontaneously recovered to a certain extent, exactly the same as after a stroke. Patients are completely plegic, and then they try to recover due to a brain plasticity mechanism, they recover to a certain extent, exactly the same for the monkey.
Als wir sicher waren, dass der Affe sein Grad der spontanen Erholung erreicht hatte, implantierten wir seine eigenen Zellen. Auf der linken Seite sehen sie den Affen, der sich spontan erholte. Er kann etwa 40 % bis 50 % seiner ursprünglichen Leistung von vor der Verletzung erbringen. Er ist nicht so präzise und nicht so schnell. Sehen Sie nun, als wir die Zellen reimplantierten: Der gleiche Affe, zwei Monate nach der Reimplantation.
So when we were sure that the monkey had reached his plateau of spontaneous recovery, we implanted his own cells. So on the left side, you see the monkey that has spontaneously recovered. He's at about 40 to 50 percent of his previous performance before the lesion. He's not so accurate, not so quick. And look now when we re-implant the cells: Two months after re-implantation, the same individual.
(Applaus)
(Applause)
Ich kann Ihnen sagen, das waren auch für uns sehr aufregende Ergebnisse. Seit dieser Zeit haben wir sehr viel mehr über diese Zellen herausgefunden. Wir können sie einfrieren und später verwenden. Wir können sie in anderen neuropathologischen Modellen verwenden, zum Beispiel bei Parkinson. Aber unser Traum ist noch immer, sie beim Menschen zu implantieren. Ich hoffe wirklich, dass ich Ihnen bald zeigen kann, wie uns das menschliche Gehirn die Mittel gibt, sich selbst zu heilen.
It was also very exciting results for us, I tell you. Since that time, we've understood much more about these cells. We know that we can cryopreserve them, we can use them later on. We know that we can apply them in other neuropathological models, like Parkinson's disease, for example. But our dream is still to implant them in humans. And I really hope that I'll be able to show you soon that the human brain is giving us the tools to repair itself.
Vielen Dank.
Thank you.
(Applaus)
(Applause)
Bruno Giussani: Jocelyne, das ist wunderbar, ich bin sicher, dass gerade jetzt, mehrere Dutzend Leute im Publikum, vielleicht sogar die Mehrheit, denken: "Ich kenne jemanden, der das brauchen kann." Ich auf jeden Fall. Natürlich ist die Frage, was die größten Hindernisse sind, bevor Sie klinische Studien am Menschen beginnen können.
Bruno Giussani: Jocelyne, this is amazing, and I'm sure that right now, there are several dozen people in the audience, possibly even a majority, who are thinking, "I know somebody who can use this." I do, in any case. And of course the question is, what are the biggest obstacles before you can go into human clinical trials?
Jocelyne Bloch: Die größten Hindernisse sind die Behörden. (Lachen) Ausgehend von diesen tollen Ergebnissen muss man etwa zwei Kilogramm Papiere und Formulare ausfüllen, um diese Art von Studien zu durchlaufen.
Jocelyne Bloch: The biggest obstacles are regulations. (Laughs) So, from these exciting results, you need to fill out about two kilograms of papers and forms to be able to go through these kind of trials.
BG: Das ist verständlich, das Gehirn ist sehr delikat usw.
BG: Which is understandable, the brain is delicate, etc.
JB: Ja, aber es braucht eine lange Zeit, eine Menge Geduld und ein fast professionelles Team.
JB: Yes, it is, but it takes a long time and a lot of patience and almost a professional team to do it, you know?
BG: Schauen Sie in die Zukunft -- Sie haben die Forschung abgeschlossen und versuchten die Erlaubnis zum Start der klinischen Studien zu bekommen. Wenn Sie weiter in die Zukunft schauen, wie viele Jahre dauert es, bis jemand ins Krankenhaus kommen kann, und diese Therapie verfügbar sein wird.
BG: If you project yourself -- having done the research and having tried to get permission to start the trials, if you project yourself out in time, how many years before somebody gets into a hospital and this therapy is available?
JB: Das ist schwer zu sagen. Zunächst hängt es von der Zulassung der klinischen Studie ab. Wird es uns die Behörde erlauben, es bald zu starten? Dann muss man diese Studie mit einer kleinen Gruppe von Patienten durchführen. Es braucht schon eine lange Zeit, die Patienten auszuwählen, die Behandlungen durchzuführen und zu bewerten, ob es nützlich ist, diese Art von Behandlung zu machen. Danach muss man das auf eine multizentrische Studie anwenden. Man muss zuerst wirklich nachweisen, dass es nützlich ist, bevor man diese Behandlung jedem anbieten kann.
JB: So, it's very difficult to say. It depends, first, on the approval of the trial. Will the regulation allow us to do it soon? And then, you have to perform this kind of study in a small group of patients. So it takes, already, a long time to select the patients, do the treatment and evaluate if it's useful to do this kind of treatment. And then you have to deploy this to a multicentric trial. You have to really prove first that it's useful before offering this treatment up for everybody.
BG: Und dass es sicher ist, natürlich. JB: Natürlich.
BG: And safe, of course. JB: Of course.
BG: Jocelyne, danke für Ihren Besuch bei TED und dass Sie uns davon erzählt haben. BG: Vielen Dank.
BG: Jocelyne, thank you for coming to TED and sharing this. BG: Thank you. (Applause)
(Applaus)