Бих искала да ви покажа видеа на някой от моделите, с които работя. Всички те са с перфектен размер, и нито една от тях няма грам мазнина. Споменах ли, че всичките са прекрасни? И че всичките са научни модели? (Смях)
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)
Както вероятно вече сте познали, аз съм тъканен инженер и това е видео на част от туптящо сърце, което аз създадох в лабораторията. Надяваме се, че един ден тези тъкани могат да бъдат използвани като "резервни части" за човешкото тяло. Всъщност, това, което исках да ви кажа днес е как тези тъкани служат като прекрасни модели.
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.
Нека си помислим за процеса за създаване и тестване на нови медикаменти за момент. Тръгваме от формулиране на медикамента, тестове в лаборатория, тестове върху животни, следвано от изучаване в клинични условия, което би могло да се нарече тестове върх хора, всичко това преди медикаментите да стигнат до пазара. Това струва много пари, минава много време и понякога, дори когато медикамента стигне до пазара, той започва да работи по неочакван начин и наранява хората. И колкото по-късно медикамента се провали, толкова по-сериозни са последствията.
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.
Общо взето имам два проблема. Първо, хората не са плъхове и две, въпреки, че много си приличаме, всъщност тези малки разлики между мен и теб имам огромно въздействие на начина, по който метаболизираме медикаменти и как тези медикаменти ни афектират.
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.
Какво би станало, ако имахме по-добри модели в лабораторията, които биха могли не само да ни имитират по-добре от плъховете, но също така и да отразяват нашето разнообразие? Нека видим как това може да се постигне с тъканно инженерство.
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.
Една от ключовите технологии, която е наистина много важна е т.нар. подбудени плурипотентни стволови клетки. Те бяха разработени в Япония наскоро. ОК, подбудени плурипотентни стволови клетки. Те приличат много на ембрионалните стволови клетки, с изключение на липсата на спорните елементи. Възбуждаме клетки, ок, нека кажем кожни клетки като добавяме няколко гена, отглеждаме ги и след това ги събираме. Това са кожни клетки, които могат да бъдат излъгани, нещо като клетъчна амнезия, за да се превключат в ембрионален стадий. Така, че без всичките спорни елементи, това е номер едно готино нещо. Второто готино нещо е, че можем да отглеждаме какъвто и да е вид тъкани от тях: мозък, сърце, бъбрек, общо взето разбирате ме, и всичко това от вашите клетки. Така, че можем да направил модел на сърцето и мозъка ви на един чип.
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.
Генериране на тъкани с предразположено поведение е второто предизвикателство, което всъщност е ключа към позиционирането на тези модели като основа за разработка на медикаменти. Това е схемата на биореактор, който ние разработваме в лабораторията за да имаме възможността да създаваме тъкани в един по-модуларен, разрастващ се модел. Занапред, представете си един голям паралелен модел на това, съдържащ хиляди бройки от човешки тъкани. Все едно да държиш цял клиничен процес на един чип.
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.
Още едно нещо за тези възбудени плурипотентни стволни клетки е че, ако например вземем няколко кожни клетки от хора с генетични заболявания и създадем тъкани от тях, можем да използваме тези генетични технологии и да създадем модели на тези заболявания в лабораторията. Един пример от лабораторията на Кевин Егган от Харвард. Той създава неврони от тези възбудени плурипотентни клетки от пациенти, които страдат от заболяването на Лу Гехриг, впоследствие той отделя невроните и което е възхитително е, че тези неврони също носят симптомите на болестта. Така, че с модели като тези можем да се борим много по-бързо от преди и да разбираме болестите много по-добре от когато и да е било в миналото, и може би дори да откриваме медикаменти по-бързо. Това е друг пример на специфични стволови клетки, които ние създадохме от някой, болен от " retinitis pigmentosa:. Болестта причинява дегенерация на ретината в окото. Това е болест, която присъства в моето семейство и ние се надяваме, че клетки като тези ще ни помогнат да намерим лечение.
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.
Някой хора мислят, че тези модели звучат добре, но попитайте, 'наистина ли са толкова добри, колкото плъховете?' Все пак, плъховете са цели организми, съставени от мрежи от органи, които работят заедно. Медикамент за сърцето може да се метаболизира в черният дроб, и някои от остатъчните продукти може да се складират в мазнините. Не се ли изпускат всички тези факти с лабораторните тъкани? Имаме решение за това в нашата област. Комбинирайки техники за създаване на тъкани с микрофлуидни изследвания, нашата област всъщност еволюира към един модел на цялата екосистема на тялото, създадена с органни системи, позволяващи тестове показващи как медикаментите които биха могли да работят за кръвно налягане афектират вашият черен дроб, или как един антидепресант би могъл да афектира сърцето. Тези системи са много трудни за създаване, но ние едвам навлизаме в тази сфера сега, така, че внимавайте.
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.
Но това не е всичко, защото след като един медикамент е разрешен, същите тъканни технологии могат да ни помогнат да създадем персонализирани лечения. Това е пример, в който вие може да се окажете някой ден, и аз се надявам, че никога няма да ви се случи, защото представете си, че получавате обаждането, в което лошите новини са, че имате рак. Не бихте ли искали да направите тестовете, че всички тези медикаменти за рак, които ще взимате ще работят за да ви помогнат? Това е пример от лабораторията на Карен Бърг, където те използват печатни технологии, за да печатат клетки с рак на гърдата, и изучават прогреса и леченията на болестта. Някои от нашите колеги в Тъфтс миксират модели като тези с изкъствено създадени кости, за да видят как ракът се разпространява от една част на тялото към друга, и вие можете да и представите споменатите по-рано тъканни чипове да бъдат следвашата генерация от такива изследвания.
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.
Тъй че, ако помислите за моделите, които сега дискутирах, можете да видите, че гледайки напред, създаването на изкъствени тъкани ще революционира процеса на тестване на медикаменти през всяка отделна стъпка на процеса: модели на болестите позволяват създаване на по-добри формули за медикаменти, масино паралелно разработване на лабораторни тъкани помага за режолюционирането на тестове в лабораториите, намалява се количеството тестове с животни в клиничните опити и индивидуализирани терапии, които разнообразяват това, което в момента смятаме за маркет. Като цяло, ние осезаемо ускоряваме целият този процес между създаването на молекула и изучаването на начина на работа на тази молекула в човешкото тяло. Нашият процес за това е практически трансформацията на биотехнологията и фармецевтиката в информационна технология, което ни помага да откриваме и оценяваме медикаментите по-бързо, по-евтино и по-ефективно. Също така, получаваме нови средства за борбата срещу тестовете с животни, нали? Благодаря ви. (Ръкопляскания).
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)