أود أن اريكم فيديو لبعض العينات التي اعمل معها جميعهم مثاليي البنية، ولا يحملون اية دهون ألم أقل لكم انهن فائقات الجمال؟ و أنها نماذج علمية؟ (ضحك)
I'd like to show you a video of some of the models I work with. They're all the perfect size, and they don't have an ounce of fat. Did I mention they're gorgeous? And they're scientific models? (Laughs)
كما قد تكونوا توقعتم، أنا مهندسة أنسجة حيوية وهذا شريط فيديو لبعض من القلب النابض التي بنيتها في المختبر. ويوم ما.. نأمل بان تكون هذه الأنسجة بمثابة اعضاء بديلة لجسم الإنسان. ولكن ما سوف اخبركم به اليوم هو كيف ستكون هذه الأنسجة نماذج رائعة.
As you might have guessed, I'm a tissue engineer, and this is a video of some of the beating heart that I've engineered in the lab. And one day we hope that these tissues can serve as replacement parts for the human body. But what I'm going to tell you about today is how these tissues make awesome models.
حسنا، دعونا للحظة نفكر بعملية اختبار الادوية ننتقل من صياغة الادوية، لاختبارات المعامل، للاختبارات الحيوانية ومن ثم للاختبارات الصيدلية، او ما نسميها الاختبارات البشرية، قبل وصول الأدوية إلى السوق تكلف العملية الكثير من المال، والكثير من الوقت، وفي بعض الأحيان، حتى عندما تنزل الأدوية إلى السوق، فإنه لايمكن التنبئ بنتائجها وقد تضر الناس وكل ما تأخرت هذه النتائج، كلما زادت المساوئ.
Well, let's think about the drug screening process for a moment. You go from drug formulation, lab testing, animal testing, and then clinical trials, which you might call human testing, before the drugs get to market. It costs a lot of money, a lot of time, and sometimes, even when a drug hits the market, it acts in an unpredictable way and actually hurts people. And the later it fails, the worse the consequences.
وكل شيء ينحدر لسببين. الأول، الناس ليسوا فئراناً، والثاني، رغم التشابه الكبير بين بعضنا البعض، فان تلك الاختلافات الصغيرة بيني أنا وأنت لها آثار ضخمة على كيفية أستجابتنا للأدوية وكيفية تأثيرها علينا.
It all boils down to two issues. One, humans are not rats, and two, despite our incredible similarities to one another, actually those tiny differences between you and I have huge impacts with how we metabolize drugs and how those drugs affect us.
إذا ماذا لو كان عندنا نماذج أفضل في المختبر و بإمكانها محاكاتنا ليس فقط أفضل من الفئران ولكن يمكنها ان تعكس تنوعنا ايضاً؟ دعونا نرى كيف يمكننا أن نقوم بذلك من خلال هندسة الأنسجة.
So what if we had better models in the lab that could not only mimic us better than rats but also reflect our diversity? Let's see how we can do it with tissue engineering.
واحدة من التقنيات الرئيسية والمهة حقاً هو ما يسمى بالخلايا الجذعية المستحثة المحفزة: "induced pluripotent stem cells" طورت هذه الخلايا في اليابان مؤخرا حسنا، الخلايا الجذعية المستحثة المحفزة. أنها شبيهة جداً للخلايا الجذعية الجنينية "embryonic stem cells" باستثناء غياب الجدل حولها. نحن نحفز الخلايا، حسنا، لنقل، خلايا الجلد، بإضافة بعض الجينات إليها، إنباتها، ومن ثم حصدها. لذا فانها خلايا جلدية يمكن اللعب بها، بتحويلها من حالة فقدان الذاكرة الخلوية، الى حالة جنينية. وبدون الوقوع بالجدل، فهذا الشيء الرائع الآول. الشيء الرائع الثاني، هو انه يمكنك زراعة أي نوع من الأنسجة منها كالدماغ، القلب، الكبد.. الصورة واضحة، ولكن من خلاياك! فيمكننا أن نخلق نموذجا من قلبك، او عقلك على شريحة.
One of the key technologies that's really important is what's called induced pluripotent stem cells. They were developed in Japan pretty recently. Okay, induced pluripotent stem cells. They're a lot like embryonic stem cells except without the controversy. We induce cells, okay, say, skin cells, by adding a few genes to them, culturing them, and then harvesting them. So they're skin cells that can be tricked, kind of like cellular amnesia, into an embryonic state. So without the controversy, that's cool thing number one. Cool thing number two, you can grow any type of tissue out of them: brain, heart, liver, you get the picture, but out of your cells. So we can make a model of your heart, your brain on a chip.
استحداث أنسجة ذات كثافة وسلوك متوقع هي الخطوة الثانية، وسوف تكون حقاً المفتاح نحو الحصول على هذه النماذج لاستعمالها في اكتشاف العلاج. وهذا هو الرسم التخطيطي لمفاعل حيوي قيد التطوير في مختبرنا للمساعدة في هندسة الأنسجة بطريقة أكثر مرونة، وقابلة للتطوير. لنمضي قدماً، تخيل نسخة موازية على نطاق واسع لهذا مع الآلاف من قطع الأنسجة البشرية. ستكون بمثابة القيام بتجارب بشرية على شريحة.
Generating tissues of predictable density and behavior is the second piece, and will be really key towards getting these models to be adopted for drug discovery. And this is a schematic of a bioreactor we're developing in our lab to help engineer tissues in a more modular, scalable way. Going forward, imagine a massively parallel version of this with thousands of pieces of human tissue. It would be like having a clinical trial on a chip.
ولكن شيء آخر حول هذه الخلايا الجذعية المستحثة المحفزة هو أنه إذا ما أخذنا بعض خلايا الجلد، دعنا نقول، من المصابين بمرض وراثي ونقوم بهندسة أنسجة منهم، فيمكننا في الواقع استخدام تقنيات هندسة الأنسجة لتوليد نماذج من تلك الأمراض في المختبر. هنا مثال من مختبر كيفن إيجان في جامعة هارفارد. لقد استحدث خلايا عصبية من تلك الخلايا الجذعية المستحثة المحفزة من المرضى الذين يعانون من مرض لو جيهريج "Lou Gehrig" وقد طورهم الى خلايا عصبية، والمذهل هو أن هذه الخلايا العصبية تظهر ايضاً أعراض المرض. لذا فانه مع نماذج للمرض مثل هذه، فانه بامكاننا التصدي للأمراض أسرع من أي وقت مضى، وبامكاننا فهم المرض أفضل من أي وقت مضى، وربما يمكننا ايضاً من اكتشاف العلاج أسرع. وهذا مثال آخر للخلايا الجذعية الخاصة بالمريض والتي تمت هندستها من شخص معه التهاب الشبكية الصباغي"retinitis pigmentosa" وهذا تنكس شبكية العين"degeneration of the retina" وهو مرض في عائلتي، ونحن نأمل حقاً أن الخلايا مثل هذه ستساعدنا على إيجاد علاج.
But another thing about these induced pluripotent stem cells is that if we take some skin cells, let's say, from people with a genetic disease and we engineer tissues out of them, we can actually use tissue-engineering techniques to generate models of those diseases in the lab. Here's an example from Kevin Eggan's lab at Harvard. He generated neurons from these induced pluripotent stem cells from patients who have Lou Gehrig's Disease, and he differentiated them into neurons, and what's amazing is that these neurons also show symptoms of the disease. So with disease models like these, we can fight back faster than ever before and understand the disease better than ever before, and maybe discover drugs even faster. This is another example of patient-specific stem cells that were engineered from someone with retinitis pigmentosa. This is a degeneration of the retina. It's a disease that runs in my family, and we really hope that cells like these will help us find a cure.
إذاً فالبعض يعتقدون أن هذه النماذج تبدو سليمة وجيدة، ولكن، أهذه حقاً "فعالة أكثر من الفئران"؟ لان الفأر كائن حي كامل، يحوي شبكات مرتبطة من الأجهزة المتفاعلة. فالدواء الذي للقلب يمتص ايضاً في الكبد، وبعض المنتجات الثانوية قد تخزن في الدهون. الا يغيب كل ذلك عن هذه النماذج النسيجية المهندسة؟ حسنا، هذا اتجاه آخر في هذا المجال. من خلال الجمع بين تقنيات الأنسجة الهندسة مع الموائع الدقيقة المجال حالياً يتطور نحو هذا الإتجاه تماما، نموذج لكامل النظام الإيكولوجي للجسم، متكامل مع العديد من أنظمة الجسم لتكون قادرة على اختبار كيف يمكن لدواء تأخده من أجل ضغط الدم قد يؤثر على كبدك أو دواء مضاد للاكتئاب قد يؤثر على القلب. هذه الأنظمة من الصعب بنائها حقاً، ولكن مؤخرا أصبح في إمكاننا الوصول إلى هناك، ولذا، كونوا على اطلاع.
So some people think that these models sound well and good, but ask, "Well, are these really as good as the rat?" The rat is an entire organism, after all, with interacting networks of organs. A drug for the heart can get metabolized in the liver, and some of the byproducts may be stored in the fat. Don't you miss all that with these tissue-engineered models? Well, this is another trend in the field. By combining tissue engineering techniques with microfluidics, the field is actually evolving towards just that, a model of the entire ecosystem of the body, complete with multiple organ systems to be able to test how a drug you might take for your blood pressure might affect your liver or an antidepressant might affect your heart. These systems are really hard to build, but we're just starting to be able to get there, and so, watch out.
ولكن هذا ليس حتى كل شيء، لأنه وبمجرد الموافقة على الدواء، فان تقنيات هندسة الأنسجة يمكنها فعلا مساعدتنا على تطوير علاجات فردية أكثر. وهذا مثال على ما قد يهمك يوما ما، وأرجو أن لا يحدث لك ابدأ، لأن تخيل لو بلغك هذا الإتصال ينقل لك هذا الخبر السيئ بانه قد يكون لديك سرطان. ألن تحاول التجربة لمعرفة ما إذا كانت ادوية السرطان تلك التي ستأخذها سوف تنجح في التفاعل مع سرطانك؟ وهذا مثال من مختبر كارين بورغ، حيث أنهم يستخدمون تقنيات الحبر النفاث لطباعة خلايا سرطان الثدي ودراسة نموها وعلاجاتها. وبعض زملائنا في "تافتس" يقومون بخلط نماذج مثل هذه مع انسجة عظام مهندَسة لمعرفة كيف يقوم السرطان بالانتشار من جزء لآخر في الجسم، ويمكنك أن تتخيل تلك الأنواع من الرقائق النسيجية المتعددة التي ستكون في الجيل القادم من هذه الأنواع من الدراسات.
But that's not even all of it, because once a drug is approved, tissue engineering techniques can actually help us develop more personalized treatments. This is an example that you might care about someday, and I hope you never do, because imagine if you ever get that call that gives you that bad news that you might have cancer. Wouldn't you rather test to see if those cancer drugs you're going to take are going to work on your cancer? This is an example from Karen Burg's lab, where they're using inkjet technologies to print breast cancer cells and study its progressions and treatments. And some of our colleagues at Tufts are mixing models like these with tissue-engineered bone to see how cancer might spread from one part of the body to the next, and you can imagine those kinds of multi-tissue chips to be the next generation of these kinds of studies.
ولذاً، فبالنظر للنماذج التي ناقشناها للتو، يمكنك أن ترى، أنه في المستقبل ستكون هندسة الأنسجة مستعدة فعلا للمساعدة على إحداث ثورة في اختبارات الادوية في كل خطوة في المسار: نماذج المرض التي ستجعل تركيبات الأدوية أفضل، نماذج الأنسجة البشرية المتوازية ذات النطاق الواسع ستساعد على أحداث ثورة في تجارب المختبارات، الحد من التجارب الحيوانية والبشرية في اختبارات الأدوية، والعلاجات الفردية التي ستغير كل ما اعتبرناه سوقاً على الإطلاق. حالياً، نحن نقوم بتسريع ردود الفعل تلك التي تكون بين تطوير الجزيئة ومعرفة كيف تتصرف في الجسم البشري. عملياتنا للقيام بذلك مبدئيا تنحول من التكنولوجيا الحيوية والصيدلة إلى تكنولوجيا المعلومات، لمساعدتنا على اكتشاف وتقييم العقاقير أسرع، وأرخص وأكثر فعالية. أنها تعطينا معنىً جديداً لنماذج ضد التجارب على الحيوانات، أليس كذلك؟ شكرا. (تصفيق)
And so thinking about the models that we've just discussed, you can see, going forward, that tissue engineering is actually poised to help revolutionize drug screening at every single step of the path: disease models making for better drug formulations, massively parallel human tissue models helping to revolutionize lab testing, reduce animal testing and human testing in clinical trials, and individualized therapies that disrupt what we even consider to be a market at all. Essentially, we're dramatically speeding up that feedback between developing a molecule and learning about how it acts in the human body. Our process for doing this is essentially transforming biotechnology and pharmacology into an information technology, helping us discover and evaluate drugs faster, more cheaply and more effectively. It gives new meaning to models against animal testing, doesn't it? Thank you. (Applause)