Ich würde Ihnen gerne ein Video zeigen von ein paar der Models, mit denen ich arbeite. Sie haben alle die perfekte Größe und sie haben nicht ein Gramm Fett. Habe ich schon erwähnt, dass sie wunderschön sind? Und dass sie wissenschaftliche Modelle sind? (Gelächter)
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)
Wie Sie sich vielleicht schon gedacht haben, betreibe ich Gewebekonstruktion und dies ist ein Video von einem Teil des schlagenden Herzens, das ich im Labor entwickelt habe. Wir hoffen, dass eines Tages diese Gewebe als Ersatzteile für den menschlichen Körper dienen können. Aber heute möchte ich Ihnen davon erzählen, wie diese Gewebe hervorragende Modelle darstellen.
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.
Lassen Sie uns für einen Moment an den Ablauf von Medikamententests denken. Man fängt an bei Arzneimittelformulierung, Labortests, Tierversuchen und dann kommen klinische Studien, die man als Menschenversuche bezeichnen könnte, bevor Medikamente auf den Markt kommen. Das kostet viel Zeit und Geld und manchmal, selbst wenn ein Medikament auf den Markt kommt, verhält es sich unvorhersehbar und schadet sogar Menschen. Und je später es versagt, desto schlimmer die Auswirkungen.
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.
Das alles läuft auf zwei Probleme hinaus. Erstens sind Menschen keine Ratten und zweitens, trotz unserer unglaublichen Ähnlichkeit zueinander, haben diese winzigen Unterschiede zwischen Ihnen und mir gewaltige Auswirkungen darauf, wie wir Medikamente metabolisieren und wie diese Medikamente uns beeinflussen.
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.
Was also, wenn wir bessere Modelle im Labor hätten, die uns nicht nur besser nachahmen könnten als Ratten, sondern auch unsere Vielfalt widerspiegeln könnten? Mal sehen, wie wir das mit Tissue Engineering erreichen können.
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.
Eine der Schlüsseltechnologien, die wirklich wichtig ist, sind die so genannten induzierten pluripotenten Stammzellen. Sie wurden vor ziemlich kurzer Zeit in Japan entwickelt. Okay, induzierte pluripotente Stammzellen. Die sind Embryonalstammzellen sehr ähnlich, nur ohne die Kontroverse. Wir induzieren Zellen, gut, sagen wir, Hautzellen, indem wir ein paar Gene zu ihnen hinzufügen, sie züchten und sie dann ernten. Diese Hautzellen können überlistet werden, ungefähr so wie zelluläre Amnesie, in einen Embryonalzustand überzugehen. Also ohne die Kontroverse ist das die erste coole Sache. Die zweite coole Sache: Man kann jede Art von Gewebe aus ihnen züchten: Gehirn, Herz, Leber, Sie bekommen einen Eindruck, aber aus Ihren Zellen. Also können wir ein Modell von Ihrem Herz, Ihrem Gehirn erstellen auf einem Chip.
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.
Gewebe von berechenbarer Dichte und Verhalten zu erzeugen ist der zweite Teil, und das wird tatsächlich der Schlüssel dazu sein, diese Modelle für Wirkstoffforschung zu verwenden. Und dies ist ein Schema eines Bioreaktors, den wir in unserem Labor entwerfen um dabei zu helfen, Gewebe auf eine modularere, skalierbarere Art zu erzeugen. Stellen Sie sich in der Zukunft eine gewaltige parallele Version davon vor mit Tausenden von Teilen menschlichen Gewebes. Es wäre so, als würde man eine klinische Studie auf einem Chip durchführen.
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.
Bemerkenswert an diesen induzierten pluripotenten Stammzellen ist, dass, wenn wir ein paar Hautzellen nehmen, beispielsweise von Menschen mit einer Erbkrankheit, und daraus Gewebe erzeugen, wir tatsächlich Tissue-Engineering- Techniken verwenden können, um Modelle dieser Krankheiten im Labor zu erstellen. Hier ist ein Beispiel von Kevin Eggans Labor in Harvard. Er hat Nervenzellen erzeugt aus diesen induzierten pluripotenten Stammzellen von Patienen mit Amyotropher Lateralsklerose (ALS), und er hat sie in Nervenzellen aufgeteilt und verblüffenderweise zeigen diese Nervenzellen auch Symptome der Krankheit. Mit solchen Krankheitsmodellen können wir diese Krankheiten schneller als je zuvor bekämpfen und besser als je zuvor verstehen und vielleicht noch schneller Medikamente entwickeln. Dies ist ein anderes Beispiel für patientenspezifische Stammzellen, die von jemandem mit Rethinopathia Pigmentosa erzeugt wurden. Das ist eine Degeneration der Retina. Diese Krankheit liegt bei mir in der Familie und wir hoffen wirklich, dass solche Zellen uns dabei helfen werden, eine Heilmethode zu finden.
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.
Ein paar Leute denken, diese Modelle klängen ja ganz schön und gut, aber sie fragen: "Na ja, sind die wirklich so gut wie die Ratte?" Die Ratte ist immerhin ein ganzer Organismus mit interagierenden Netzwerken von Organen. Ein Medikament für das Herz kann in der Leber metabolisiert werden und manche der Nebenerzeugnisse könnten im Fett gelagert werden. Fehlt das nicht alles bei diesen mit Tissue Engineering erstellten Modellen? Nun, das ist ein weiterer Trend auf dem Gebiet. Durch das Kombinieren von Tissue- Engineering-Techniken mit Mikrofluidik entwickelt sich dieses Gebiet im Grunde genau zu einem Modell des gesamten Ökosystems des Körpers, vollständig mit mehreren Organsystemen, um testen zu können, wie ein Medikament, das Sie für Ihren Blutdruck nehmen, Ihre Leber oder ein Antidepressivum Ihr Herz beeinflussen könnte. Diese Systeme sind sehr schwer zu konstruieren, aber stehen gerade erst in den Anfängen, in der Lage zu sein, dies zu erreichen, also bleiben Sie dran!
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.
Aber das ist noch nicht einmal alles, denn sobald ein Medikament zugelassen wird, können Tissue-Engineering-Techniken dabei helfen, personalisiertere Behandlungen zu entwickeln. Dies ist ein Beispiel, das Ihnen vielleicht irgendwann wichtig sein wird und ich hoffe, das wird Ihnen nie passieren, denn stellen Sie sich vor, Sie würden irgendwann den Anruf bekommen, mit der schlechten Nachricht, Sie könnten Krebs haben. Würden Sie nicht lieber ausprobieren, ob diese Krebsmittel, die Sie nehmen werden, bei Ihrem Krebs funktionieren? Dies ist ein Beispiel aus Karen Burgs Labor, wo mit Tintenstrahltechnologien Brustkrebszellen gedruckt und ihre Entwicklungen und Behandlungen erforscht werden Und einige unsere Kollegen an Tufts verbinden Modelle wie diese mit durch Tissue Engineering erzeugten Knochen, um zu sehen, wie Krebs sich von einem Teil des Körpers zum nächsten verbreiten könnte und Sie können sich diese Art Multi-Gewebe-Chips als nächste Generation dieser Art der Forschung vorstellen.
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.
Wenn Sie über diese Modelle nachdenken, über die wir gerade gesprochen haben, können Sie sehen, dass Tissue Engineering für die Zukunft tatsächlich dafür bereit ist, dabei zu helfen, Arzneimittelprüfung zu revolutionieren bei jedem Schritt des Prozesses. Krankheitsmodelle sorgen für bessere Arzneimittelformulierung, gewaltige parallele Gewebemodelle helfen dabei, Labortests zu revolutionieren, Tierversuche und Menschenversuche in klinischen Studien zu verringern und individualisierte Therapien, die das sprengen, was wir überhaupt erst als einen Markt ansehen. Im Wesentlichen beschleunigen wir drastisch die Resonanz zwischen der Entwicklung eines Moleküls und dem Lernen darüber, wie es sich im menschlichen Körper verhält. Der Vorgang dafür ist im Grunde, Biotechnologie und Pharmakologie in eine Informationstechnik umzuwandeln, die uns dabei hilft, Medikamente schneller, billiger und effektiver zu entdecken und zu beurteilen, Das verleiht Modellen gegen Tierversuche eine neue Bedeutung, nicht wahr? Danke. (Beifall)
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)