Θα ήθελα να σας παρουσιάσω ένα βίντεο με μερικά από τα μοντέλα στα οποία εργάζομαι. Όλα έχουν το τέλειο μέγεθος και δεν έχουν ουγγιά λίπους. Ανέφερα ότι είναι πανέμορφα; Και ότι είναι επιστημονικά μοντέλα; (Γέλια)
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)
Όπως θα έχετε καταλάβει, είμαι μηχανικός ιστού και αυτό είναι ένα βίντεο όπου προβάλλεται ένα μέρος παλλόμενης καρδιάς την όποια έχω σχεδιάσει στο εργαστήριο. Και μία μέρα ελπίζουμε αυτοί οι ιστοί να μπορούν να χρησιμεύσουν ως ανταλλακτικά μέρη για το ανθρώπινο σώμα. Αλλά αυτό που πρόκειται να σας πως σήμερα είναι πως με αυτούς τους ιστούς κατασκευάζουμε τρομερά μοντέλα.
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.
Λοιπόν, ας σκεφτούμε την διαδικασία ελέγχου των φαρμάκων για μία στιγμή. Πηγαίνουμε από την σύνθεση των φαρμάκων, στις εργαστηριακές δοκιμές, στις δοκιμές σε ζώα και μετά στις κλινικές δοκιμές όπου μπορούμε να τις ονομάσουμε ανθρώπινες δοκιμές πριν βγουν τα φάρμακα στην αγορά. Αυτό κοστίζει πολλά χρήματα, πολύ χρόνο και μερικές φορές ακόμα και όταν ένα φάρμακο προκαλεί ζημιά στην αγορά, ενεργεί με απρόβλεπτο τρόπο και βλάπτει πραγματικά τους ανθρώπους. και αργότερα αποτυγχάνει, η χειρότερη των συνεπειών.
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.
Όλα συνοψίζονται σε δύο ζητήματα. Ένα, οι άνθρωποι δεν είναι αρουραίοι και δύο, παρά τις απίστευτες ομοιότητες ο ένας με τον άλλον στην πραγματικότητα αυτές οι μικροσκοπικές διαφορές μεταξύ μας υπάρχουν τεράστιες επιπτώσεις στον τρόπο μεταβολής των φαρμάκων και πως αυτά τα φάρμακα μας επηρεάζουν.
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.
Έτσι αν είχαμε καλύτερα μοντέλα στο εργαστήριο τα οποία θα μπορούσαν όχι μόνο να μιμηθούν εμάς καλύτερα από τους αρουραίους αλλά επιπλέον θα αντανακλούν την ποικιλομορφία μας; Ας δούμε πως μπορούμε να το κάνουμε χρησιμοποιώντας την μηχανική ιστών.
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.
Μία από τις βασικές τεχνολογίες η οποία είναι πραγματικά σημαντική είναι αυτή που αποκαλούμε '' επαγόμενα πολυδύναμα βλαστοκύτταρα (iPSCs)". Αναπτύχθηκαν στην Ιαπωνία πρόσφατα. Εντάξει, επαγόμενα πολυδύναμα βλαστοκύτταρα. Είναι πολύ παρόμοια με τα εμβρυϊκά βλαστικά κύτταρα. εκτός από το να μην είναι αντικείμενο διαμάχης. Εμείς επαγάγουμε κύτταρα, εντάξει, ας πούμε, κύτταρα του δέρματος, προσθέτοντας μερικά γονίδια σε αυτά, τα καλλιεργούμε, και έπειτα τα συλλέγουμε. Έτσι, υπάρχουν κύτταρα του δέρματος τα οποία μπορούν να ξεγελαστούν κάτι σας την κυτταρική αμνησία, σε ένα εμβρυϊκό στάδιο Λοιπόν χωρίς την αντιπαράθεση, ότι είναι το πρώτο τέλειο πράγμα. Το δεύτερο τέλειο πράγμα είναι ότι μπορείτε να αναπτύξετε κάθε είδους ιστό από αυτά: εγκεφάλου, καρδιάς, ήπατος, έχετε την εικόνα αλλά από τα κύτταρα σας. Έτσι μπορούμε να δημιουργήσουμε ένα μοντέλο της καρδίας σας, του εγκεφάλου σας σε ένα μικροεπεξεργαστή.
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.
Η δημιουργία ιστών προβλέψιμης πυκνότητας και συμπεριφοράς είναι το δεύτερο κομμάτι και θα είναι πραγματικά το κλειδί για να πάρουμε αυτά τα μοντέλα που πρέπει να υιοθετηθούν για την ανακάλυψη φαρμάκων. Και αυτό είναι μία σχηματική αναπαράσταση ενός βιοαντιδραστήρα που έχουμε αναπτύξει στο εργαστήριο μας για να βοηθήσει τους μηχανικούς ιστού σε ένα πιο μορφωματικό, τρόπο ανάπτυξης. Κοιτάζοντας στο μέλλον, φανταστείτε μία μαζική παράλληλη έκδοση αυτού με χιλιάδες κομμάτια ανθρώπινου ιστού. Θα ήταν σαν να έχεις μία κλινική δοκιμή σε ένα μικροεπεξεργαστή.
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.
Αλλά άλλο πράγμα σχετικά με αυτά τα επαγόμενα πολυδύναμα βλαστοκύτταρα είναι ότι εάν πάρουμε μερικά κύτταρα του δέρματος, ας πούμε από ανθρώπους με γενετική ασθένεια και κατασκευάσουμε ιστούς χρησιμοποιώντας αυτά, μπορούμε πραγματικά να χρησιμοποιήσουμε τις τεχνικές κατασκευής ιστών για να παράγουμε πρότυπα εκείνων των ασθενειών στο εργαστήριο. Εδώ ένα παράδειγμα από τον εργαστήριο του Κέβιν Έγγαν στο Harvard. Παρήγαγε νευρώνες από αυτά τα επαγόμενα πολυδύναμα βλαστοκύτταρα από ασθενείς που πάσχουν από την ασθένεια Lou Gehrig [Αμυοτροφική Πλευρική Σκλήρυνση (ALS)] και τους διαφοροποίησε σε νευρώνες και αυτό το οποίο είναι εκπληκτικό είναι ότι αυτοί οι νευρώνες δείχνουν επίσης τα συμπτώματα αυτής της ασθένειας. Έτσι με μοντέλα της ασθένειας όπως αυτά μπορούμε να αντεπιτεθούμε πιο γρήγορα από πριν και να κατανοήσουμε την ασθένεια καλύτερα από πριν και ίσως να ίσως ανακαλύψουμε φάρμακα ακόμα πιο γρήγορα. Αυτό είναι ένα άλλο παράδειγμα από ασθενή-ειδικά βλαστοκύτταρα όπου κατασκευάστηκαν από κάποιον με μελαγχρωστική αμφιβληστροειδοπάθεια. Αυτό είναι ένας εκφυλισμός του αμφιβληστροειδή. Είναι μία ασθένεια που υπάρχει στην οικογένειά μου και ελπίζουμε πραγματικά πως κύτταρα όπως αυτά θα μας βοηθήσουν να βρούμε τη θεραπεία.
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.
Έτσι μερικοί άνθρωποι νομίζουν πως αυτά τα μοντέλα είναι ωραία και καλά αλλά ρωτούν, ''Λοιπόν, αυτά τα μοντέλα είναι πραγματικά τόσο καλά όσο τα μοντέλα με τους αρουραίους;'' Ο αρουραίος είναι ένας ολόκληρος οργανισμός εν τέλει, με δίκτυο αλληλεπίδρασης οργάνων. Ένα φάρμακο για την καρδιά μπορεί να μεταβολιστεί στο ήπαρ και μερικά από τα υποπροϊόντα του μπορούν να αποθηκευτούν στο λίπος. Δεν θα τα χάσετε όλα αυτά με τα μοντέλα μηχανικής ιστών; Λοιπόν, αυτό είναι μία άλλη τάση σε αυτή την έρευνα. Συνδυάζοντας τις τεχνικές μηχανικής ιστών με μικρορευστομηχανικη η έρευνα εξελίσσεται πραγματικά ακριβώς προς αυτό, ενός μοντέλου του ολόκληρου οικοσυστήματος του σώματος πλήρης με τα πολλαπλά οργανικά συστήματα ικανό να δοκιμάσει πως ένα φάρμακο που μπορούσατε να λάβετε για την αρτηριακή σας πίεση μπορεί να επηρεάσει το ήπαρ ή ένα αντικαταθλιπτικό φάρμακο θα μπορούσε να επηρεάσει την καρδιά σας. Αυτά τα συστήματα είναι πραγματικά δύσκολο να κατασκευαστούν, αλλά μόλις ξεκινήσαμε ώστε να είμαστε σε θέση για να φτάσουμε εκεί και γι' αυτό, προσέξτε.
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.
Αλλά αυτό δεν είναι καν όλα αυτά επειδή μόλις εγκριθεί ένα φάρμακο οι τεχνικές μηχανικής ιστών μπορούν πραγματικά να μας βοηθήσουν να αναπτύξουμε πιο εξατομικευμένες θεραπείες. Αυτό είναι ένα παράδειγμα το οποίο μπορεί να ενδιαφερθείτε κάποια μέρα και ελπίζω να μην το κάνετε ποτέ επειδή φανταστείτε εάν έχετε ποτέ αυτή την κλήση που σας δίνει την κακιά είδηση ότι μπορεί να έχετε καρκίνο. Δεν θα προτιμούσατε να δοκιμάσετε να δείτε εάν αυτά τα φάρμακα κατά του καρκίνου που πρόκειται να λάβετε λειτουργούν για τον καρκίνο σας ; Αυτό είναι ένα παράδειγμα από το εργαστήριο του Κάρεν Μπαργκ όπου αυτοί χρησιμοποιούν τεχνολογία inkjet για να εκτυπώσουν καρκινικά κύτταρα μαστού και να μελετήσουν τις προόδους και την θεραπεία τους. Και μερικοί από τους συναδέλφους μας στο πανεπιστήμιο Tufts συνδύασαν μοντέλα όπως αυτά με μηχανική ιστών οστού για να παρατηρήσουν πως ο καρκίνος μπορεί να εξαπλωθεί από το ένα μέρος του σώματος στο άλλο και μπορείτε να φανταστείτε αυτά τα είδη των πολλαπλών ιστών μικροεπεξεργαστών να είναι η επόμενη γενιά αυτού του είδους των μελετών.
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.
Και έτσι σκεφτόμαστε τα μοντέλα που έχουμε μόλις συζητήσει μπορείτε να δείτε, πηγαίνοντας μπροστά, αυτή η μηχανική ιστού είναι πραγματικά έτοιμη να βοηθήσει επιφέροντας την επανάσταση στην ανίχνευση φαρμάκων σε κάθε βήμα της διαδρομής: μοντέλα ασθενειών κατασκευάζονται για καλύτερα σκευάσματα φαρμάκων μαζικά παράλληλα ανθρώπινα μοντέλα ιστών βοηθούν ώστε να επέλθει η επανάσταση στις εργαστηριακές δοκιμές μειώνουν τους ελέγχους στα ζώα και στους ανθρώπους στις κλινικές δοκιμές και εξατομικεύουν θεραπείες που διαταράσσουν αυτό που εμείς ακόμα θεωρούμε πως θα είναι μία αγορά ολωσδιόλου. Ουσιαστικά, έχουμε επιταχύνει εντυπωσιακά την ανατροφοδότηση μεταξύ της ανάπτυξης ενός μορίου και της εκμάθησης σχετικά με το πως ενεργεί στο ανθρώπινο σώμα. Η διαδικασία για να το κάνουμε αυτό είναι η μετατροπή ουσιαστικά της βιοτεχνολογίας και της φαρμακολογίας σε μία τεχνολογία πληροφορίας βοηθώντας μας να ανακαλύψουμε και να αξιολογήσουμε τα φάρμακα πιο γρήγορα πιο φτηνά και πιο αποτελεσματικά. Αυτό δίνει νέο νόημα στα μοντέλα εναντίον των δοκιμών σε ζώα, έτσι δεν είναι; Σας ευχαριστώ (Χειροκρότημα)
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)