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.
Jestem neurochirurgiem. Jak większość moich kolegów po fachu, każdego dnia zmagam się z ludzkimi tragediami. Wiem, jak życie może się zmienić w przeciągu jednej chwili, czy to w wyniku udaru niedokrwiennego, czy po wypadku samochodowym. Tym, co jest bardzo frustrujące dla nas, neurochirurgów, jest uświadomienie sobie tego, że, w przeciwieństwie do innych organów, mózg ma niewielką zdolność do samoregeneracji. Po poważnym uszkodzeniu ośrodkowego układu nerwowego pacjenci często zostają dotknięci znacznym stopniem niepełnosprawności. Prawdopodobnie dlatego postanowiłam zostać neurochirurgiem funkcjonalnym.
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.
Co robi neurochirurg funkcjonalny? To lekarz, który stara się poprawić funkcje neurologiczne, stosując różne metody chirurgiczne. Pewnie słyszeliście o jednej z bardziej znanych metod zwanej głęboką stymulacją mózgu, która polega na wszczepieniu elektrody w głębokie struktury mózgu, aby poprzez modulację sieci neuronów usprawnić funkcję neurologiczną. To doprawdy niesamowita technologia, która polepszyła los pacjentów z chorobą Parkinsona, zmagająych się z uciążliwym drżeniem, poważnym bólem. Jednak neuromodulacja nie oznacza neuroregeneracji. Marzeniem neurochirurgów funkcjonalnych jest naprawa mózgu. Myślę, że jesteśmy coraz bliżej tego marzenia.
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.
Chciałabym wam pokazać, jak blisko tego jesteśmy. Z niewielką pomocą mózg jest w stanie sam sobie pomóc.
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.
Historia zaczęła się 15 lat temu. Byłam wtedy szefową rezydentów, pracując dniami i nocami na ostrym dyżurze. Często zajmowałam się pacjentami z urazami głowy. Musicie wiedzieć, że kiedy pojawia się pacjent z ciężkim urazem głowy, jego mózg puchnie i zwiększa się ciśnienie śródczaszkowe. Aby uratować mu życie, trzeba zmniejszyć ciśnienie śródczaszkowe. W tym celu trzeba czasami wyciąć kawałek spuchniętego mózgu. Zamiast wyrzucać kawałki spuchniętego mózgu, wspólnie z Jeanem François Brunetem, moim kolegom, biologiem, postanowiliśmy je zbadać.
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.
Co mam przez to na myśli? Chcieliśmy wyhodować komórki z kawałków tych tkanek, co nie jest łatwym zadaniem. Hodowanie komórek z kawałka tkanki przypomina wychowywanie bardzo małych dzieci poza rodziną. Należy znaleźć odpowiednie substancje odżywcze, ciepło, wilgotność, odpowiednie warunki, w których będą mogły się rozwijać. Dokładnie to musieliśmy zrobić z tymi komórkami. Po wielu próbach udało się to Jeanowi François. To co zobaczył pod mikroskopem,
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.
było to dla nas wielkim zaskoczeniem. Dlaczego? Wygląda dokładnie tak samo jak kultura komórek macierzystych z dużymi, zielonymi komórkami otaczającymi małe i niedojrzałe komórki. Pewnie pamiętacie z lekcji biologii, że komórki macierzyste są niedojrzałymi komórkami, które mogą przekształcić się w jakikolwiek typ komórek w organizmie. Mózg dorosłego człowieka posiada komórki macierzyste, ale są one rzadkie, i występują w głębokich, małych niszach w głębokich partiach mózgu. Zaskakujące było wyhodowanie tego rodzaju kultury komórek macierzystych z zewnętrznej części spuchniętego mózgu, który mieliśmy na bloku operacyjnym.
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.
Później zauważyliśmy coś intrygującego. Typowe komórki macierzyste to bardzo aktywne komórki, które dzielą się bardzo szybko i nigdy nie umierają. To nieśmiertelne komórki. Jednak te komórki zachowują się inaczej. Dzielą się wolno, a po kilku tygodniach hodowli nawet obumierają. Mieliśmy do czynienia z dziwną i nową populacją komórek, która przypominała komórki macierzyste, ale zachowywała się inaczej.
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.
Zajęło nam sporo czasu, zanim zrozumieliśmy, skąd się biorą. Pochodzą z tych komórek. Te niebieskie i czerwone komórki, to dodatnie komórki doublekortyny. Wszyscy mamy je w mózgu. Składają się na cztery procent komórek kory mózgu. Pełnią ważną rolę w stadium rozwojowym. W okresie prenatalnym biorą udział w formowaniu się mózgu. Dlaczego zostają w mózgu? Tego nie wiemy. Przypuszczamy, że biorą udział w neuroregeneracji, ponieważ występują w wyższym stężeniu blisko uszkodzeń w mózgu. Nie jest to to jednak pewne. Oczywiste jest jednak, że to od tych komórek uzyskaliśmy hodowlę komórek macierzystych. Mieliśmy przed sobą nowe źródło komórek mogących naprawiać mózg. Musieliśmy to udowodnić.
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.
Aby to zrobić, stworzyliśmy eksperymentalny paradygmat. Pomysł był taki, aby pobrać kawałek mózgu z obszaru, który nie jest obszarem czynnościowym, i następnie hodować te komórki tak, jak zrobił to Jean François w swoim laboratorium. Oznaczyliśmy je, stosując barwnik, by znaleźć je w mózgu. Ostatnim krokiem było ponowne wszczepienie ich temu samemu osobnikowi. Zostały nazwane autologicznymi przeszczepami, czyli autograftami.
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.
Pierwsze pytanie brzmiało: "Co się stanie, gdy ponownie przeszczepimy te komórki do zdrowego mózgu, a co będzie, gdy przeszczepimy te komórki do uszkodzonego mózgu?". Dzięki pomocy profesora Erica Rouillera eksperymentowaliśmy na małpach.
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.
W pierwszym przypadku, ponowie wszczepiliśmy komórki do zdrowego mózgu, i zobaczyliśmy, że zniknęły po kilku tygodniach, jakby zostały usunięte z mózgu, wróciły do domu, a tam miejsca są już zajęte i nie mają co robić, więc znikają.
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.
W drugim przypadku uszkodziliśmy część mózgu i przeszczepiliśmy dokładnie te same komórki. Tym razem komórki zostały i stały się dojrzałymi neuronami. To obraz, który zaobserwowaliśmy pod mikroskopem. Te komórki, które zostały ponownie wszczepione, mają w sobie dowód w postaci małych kropek, które są komórkami oznaczonymi in vitro, kiedy były hodowane.
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.
Nie poprzestaliśmy na tym. Czy te komórki pomogą małpie wrócić do zdrowia po uszkodzeniu? Przeszkoliliśmy małpy do wykonania zadania zręcznościowego. Musiały wziąć granulat z tacy. Były w tym naprawdę dobre. Kiedy ich wyniki się ustabilizowały, uszkodziliśmy część kory ruchowej, która odpowiada za ruchy ręki. Małpy były sparaliżowane i nie mogły poruszać rękom. Tak samo jak w przypadku ludzi, udało im się odzyskać sprawność do pewnego stopnia, co dzieje się także po udarze. Pacjenci zostają sparaliżowani, a potem próbują wrócić do zdrowia dzięki plastyczności mózgu, a ich stan się poprawia do pewnego stopnia. To samo miało miejsce w przypadku małp.
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.
Kiedy byliśmy pewni, że małpa osiągnęła stały poziom w spontanicznym powrocie do zdrowia, wszczepiliśmy małpie jej własne komórki. Na lewej stronie widzicie małpę, która sama wróciła do zdrowia. Osiągnęła około 40 do 50% wyników sprzed wykonania uszkodzenia. Nie jest zbyt dokładna ani szybka. Spójrzcie teraz, kiedy ponownie przeszczepiliśmy te komórki. Dwa miesiące po ponownym wszczepieniu komórek temu samemu osobnikowi.
(Applause)
(Brawa)
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.
Wyniki okazały się także dla nas bardzo ekscytujące. Od tego czasu wiemy o tych komórkach znacznie więcej. Wiemy, że można je przechowywać w bardzo niskiej temperaturze, aby wykorzystać je później. Wiemy, że możemy je wykorzystać w neuropatologicznych modelach, na przykład w chorobie Parkinsona. Wciąż jednak marzymy, by móc wszczepić je człowiekowi. Mam nadzieję, że pokażę wam już wkrótce, że ludzki mózg daje narzędzia po to, aby się zregenerować.
Thank you.
Dziękuję.
(Applause)
(Brawa)
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?
Bruno Giussani: To niesamowite, Jocelyne. Jestem pewny, że na na widowni jest kilkadziesiąt osób, prawdopodobnie większość, które myśli: "Znam kogoś, kto może z tego korzystać". Ja w każdym razie znam. Pytaniem brzmi, jakie są największe przeszkody, zanim będzie można przeprowadzić eksperymenty kliniczne na ludziach?
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.
Jocelyne Bloch: Największymi przeszkodami są regulacje. (Śmiech) Na temat tych ekscytujących wyników trzeba wypełnić około dwóch kilogramów papierów i formularzy, by móc przeprowadzić ten rodzaj eksperymentów.
BG: Which is understandable, the brain is delicate, etc.
BG: To zrozumiałe. W końcu mózg jest delikatny.
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?
JB: Owszem. Całość wymaga długiego czasu, cierpliwości i profesjonalnego zespołu, aby tego dokonać.
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?
BG: Jeśli miałabyś oszacować, po przeprowadzeniu badań i próbie uzyskania pozwolenia na rozpoczęcie eksperymentów, ile lat może minąć, zanim ktoś pojawi się w szpitalu i to leczenie stanie się dostępne?
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.
JB: Trudno powiedzieć. To zależy od zatwierdzenia eksperymentu. Czy regulacje pozwolą na zrobienie tego wkrótce? Później należy przeprowadzić badania na małej grupie pacjentów. Ich wyselekcjonowanie zajmuje dużo czasu, podobnie jak leczenie i ocena skuteczności tego rodzaju leczenia. Potem trzeba wdrożyć wieloośrodkowe eksperymenty. Należy najpierw udowodnić, że jest jest to korzystne, zanim zaoferujemy to leczenie każdemu.
BG: And safe, of course. JB: Of course.
BG: I że jest bezpieczne. JB: Oczywiście.
BG: Jocelyne, thank you for coming to TED and sharing this. BG: Thank you.
BG: Dziękuję za przybycie na TED i podzieleniem się tym. BG: Dziękuję.
(Applause)
(Brawa)