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)
Me gustaría mostrarles un video de algunos de los modelos que trabajo. Tienen el tamaño perfecto, y no tienen ni un ápice de grasa. ¿He mencionado que son hermosos y que son modelos científicos? (Risas)
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.
Como seguramente adivinaron, soy ingeniera de tejidos, y este es un video de algunos de los corazones con latidos que he diseñado en el laboratorio. Y esperamos que un día esos tejidos puedan servir de reemplazo para el cuerpo humano. Pero hoy hablaré de lo buenos que son estos tejidos como modelos.
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.
Pensemos por un momento en el proceso de certificación de fármacos. Pasamos por la formulación, pruebas de laboratorio, pruebas en animales, ensayos clínicos, que podrían denominarse pruebas en humanos, antes de que los fármacos lleguen al mercado. Cuesta mucho dinero, mucho tiempo, y, a veces, aún si el fármaco llega al mercado, se comporta de un modo impredecible y daña a la gente. Y cuanto más tarde falle, peores serán las consecuencias.
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.
Todo se reduce a dos temas. Uno: los humanos no somos ratas; y dos: a pesar de nuestras increíbles similitudes de unos con otros, en realidad esas diminutas diferencias entre uno y otro tienen enorme impacto en la forma de metabolizar fármacos y los efectos de esos fármacos sobre nosotros.
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.
¿Qué tal si tuviésemos modelos de laboratorio que no sólo nos imitaran mejor que las ratas sino que reflejaran nuestra diversidad? Veamos cómo podemos hacerlo con ingeniería tisular.
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.
Una de las tecnologías clave que es realmente importante es lo que se llama células madre pluripotentes inducidas. Han sido desarrolladas en Japón hace bastante poco. Bien, células madre pluripotentes inducidas. Se parecen mucho a las células madre embrionarias sólo que no tienen controversia. Inducimos a las células, digamos, células de la piel, agregándole unos genes, los cultivamos, y luego los cosechamos. Son células de la piel que pueden ser llevadas en una especie de amnesia celular, a un estado embrionario. Que no tenga controversia es algo genial, es lo primero. La segunda cosa genial es que se puede cultivar todo tipo de tejidos con ellas: cerebro, corazón, hígado, tienen la imagen, a partir de las células propias. Podemos hacer un modelo de tu corazón, tu cerebro, en un chip.
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.
La generación de tejidos de densidad y comportamiento predecible es el segundo elemento, y será clave para que el descubrimiento de fármacos adopte estos modelos. Y este es el esquema de un biorreactor que estamos desarrollando para ayudar a diseñar tejidos de un modo más modular y escalable. En el futuro, imaginemos una versión paralela masiva de esta con miles de órganos de tejido humano. Sería como tener un ensayo clínico en un chip.
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.
Otra cosa sobre estas células madre pluripotentes inducidas es que si tomamos algunas células de la piel, digamos, de personas con una enfermedad genética y diseñamos tejidos a partir de ellos, podemos usar técnicas de ingeniería tisular para generar modelos de esas enfermedades en el laboratorio. Este es un ejemplo del laboratorio de Kevin Eggan en Harvard. Él generó neuronas a partir de estas células madre pluripotentes inducidas de pacientes que tienen la enfermedad de Lou Gehrig, y él las diferenció en neuronas, y lo asombroso es que estas neuronas también muestran síntomas de la enfermedad. Así que con modelos de enfermedades como éstas, podemos luchar más rápido antes y entender mejor la enfermedad que antes, y quizá descubrir fármacos aún más rápido. Este es otro ejemplo de células madre de pacientes específicos diseñadas a partir de células con retinitis pigmentaria. Esta es una degeneración de la retina. Es una enfermedad que está presente en mi familia, y esperamos realmente que células como éstas nos ayuden a encontrar una cura.
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.
Así que algunas personas piensan que estos modelos suenan muy bien, pero preguntan: "Bueno, ¿son tan buenos como la rata?" La rata, después de todo, es un organismo completo con redes interactivas de órganos. Un fármaco para el corazón puede metabolizarse en el hígado, y alguno de los subproductos pueden almacenarse en la grasa. ¿No extrañas todo eso con estos modelos de ingeniería tisular? Bueno, esta es otra tendencia en el campo. La combinación de técnicas de ingeniería tisular con microfluídica, el campo evoluciona hacia allí, un modelo integral del ecosistema corporal, lleno de múltiples sistemas de órganos para probar qué fármaco que uno toma para la presión arterial podría afectar al hígado o si un antidepresivo podría afectar al corazón. Estos sistemas son reamente difíciles de construir, pero estamos empezando a hacerlo, así que estén atentos.
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.
Y eso no es todo, porque una vez que se aprueba un fármaco las técnicas de ingeniería tisular pueden ayudarnos a desarrollar tratamientos más personalizados. Este es un ejemplo que podría interesarles algún día, espero que nunca, porque imaginen si alguna vez reciben el llamado que les da la mala noticia de que podrían tener cáncer. ¿No probarían si esos fármacos contra el cáncer que van a tomar funcionarán en Uds.? Este es un ejemplo del laboratorio de Karen Burg en el que usan tecnologías de inyección para imprimir células de cáncer de mama para estudiar avances y tratamientos. Y algunos de nuestros compañeros de Tufts mezclan modelos con ingeniería tisular ósea para ver cómo el cáncer podría extenderse de una parte del cuerpo a otra, y pueden imaginar esos chips de tejidos múltiples como la próxima generación de este tipo de estudios.
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)
Pensando en los modelos que acabamos de comentar, se puede ver, en el futuro, que la ingeniería de tejidos está preparada para ayudar a revolucionar la certificación de drogas en cada paso del proceso: modelos de enfermedades que permitan mejor formulación de fármacos, modelos de tejidos humanos masivos para ayudar a revolucionar pruebas de laboratorio, reducir las pruebas con animales y humanos en los ensayos clínicos, y terapias individualizadas que irrumpan en lo que ni siquiera consideramos un mercado. En esencia, estamos acelerando drásticamente la retroalimentación entre el desarrollo de una molécula y sus efectos en el cuerpo humano. Nuestra manera de hacerlo consiste en transformar la biotecnología y la farmacología en una tecnología de la información, que nos ayude a descubrir y evaluar los medicamentos más rápido, de forma más barata y más eficaz. Le da un nuevo significado a los modelos de experimentación con animales, ¿no? Gracias. (Aplausos)