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)
می خوام چندتا از مدلهایی رو بهتون نشون بدم که باهاشون کار می کنم تمامی آنها کاملا بی نقص هستند، حتی ذره ای چربی ندارند بهتون گفتم که آنها چقد فوق العاده هستند؟ البته آنها مدلهای علمی هستن! (خنده)
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.
همونطور که احتمالا حدس زدین من یک مهندس بافت هستم و این ویدیو یک قلب در حال تپیدن رو نشون می ده که من در آزمایشگاه ساختم ما امیدواریم یه روز این بافتهای مهندسی شده بتوانند به عنوان جایگزین های بافتی اعضای بدن انسان کار کنند ولی چیزی که امروز می خواهم بگم بهتون اینه که چطوری این بافتها می تونن مدلهای بسیار خوبی را بسازند
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.
بیایند برای یک لحظه به مراحل ارزیابی و تصویب دارو فکر کنیم از فرمول بندی دارو گرفته، تا تستهای آزمایشگاهی، تست بر روی حیوانات، و بعد تستهای کلینیکی که شاید شما به آنها تست های روی انسان بگویید قبل ازاینکه دارو وارد بازار بشه [همهی این آزمایشات باید انجام شده باشه]. که خیلی هزینه زیاد و وقت زیادی می بره و بعضی وقتا حتی بعد از اینکه دارو وارد بازار شد٬ به نحو پیش بینی نشده ای عمل می کنه و به آدمها آسیب می رسونه. هر چی دیرتر این عارضه معلوم بشه، اثرات بدتری می ذاره.
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.
برای این قضیه دو دلیل اصلی هست: اول اینکه آدمها با موشهای آزمایشگاهی فرق دارن٬ دوم اینکه با وجود تمام شباهتی که ما -آدمها- با هم داریم در واقع همون اختلافهای کوچک بین من و شما اثر بزرگی روی نحوه جذب و دفع دارو در بدن ما داره و نحوه ای که دارو ما رو تحت تاثیر قرار میده
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.
برای همین اگر ما مدل های بهتری -برای شبیه سازی شرایط بدن- در آزمایشگاه داشته باشیم نه تنها از موشهای آزمایشگاهی به ما شبیه تر است بلکه می تونه بازتاب بهتری از تنوع موجود بین ما -آدمها- باشه حالا ببینیم که مهندسی بافت چطور می تونه این کار رو بکنه.
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.
یکی از فناوری های کلیدی که اهمیت زیادی داره استفاده از سلولهای بنیادی پرتوان القایی است. آنها به تازگی در ژاپن توسعه پیدا کرده اند. خب، سلولهای بنیادی پرتوان القایی. آنها خیلی شبیه سلولهای بنیادی جنینی (رویان) هستند فقط مشکلات اخلاقی و مجادلات اجتماعی کمتری دارن ما سلولها رو القا کردیم، برای مثال سلولهای پوست رو توسط افزودن چندتا ژن، کشت سلولی و در نهایت جمع آوری سلولها. پس آنها سلولهای پوستی هستن که می شه یه جور با بیماری فراموشی سلولی گولشون زد تا به مرحله جنینی برگردن. پس آنها سلولهای پوستی هستن که می شه یه جور با بیماری فراموشی سلولی گولشون زد تا به مرحله جنینی برگردن. اولین نکته با حال این قضیه خلاصی از معضلات اخلاقی-هنجاری قضیه است. دومین نکته با حال اینه که باهاشون می شه هر نوع بافتی رو رشد داد بافت مغزی، قلبی، کبدی، بقیه اش رو خودتون میگیرین دیگه٬ ولی با سلولهای خودتون. پس ما میتونیم یه مدل از قلبتون یا مغزتون بسازیم روی یه تراشه.
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.
تولید بافتهایی با چگالی و رفتار قابل پیشبینی مرحله دومی هست که برای اینکه (این روش) بتونه در اکتشاف دارو به کار بره واقعا نقش کلیدی داره. مرحله دومی هست که برای اینکه (این روش) بتونه در اکتشاف دارو به کار بره واقعا نقش کلیدی داره. این یه طرح ساده شده از بیورآکتوری هست که ما توی آزمایشگاهمون تولید می کنیم که با یه روش مقیاس پذیر و جزء به جزء به مهندسی بافتها کمک کنه. به زودی می شه نسخه ای از این سیستم رو با انبوهی از نسخه های موازی تصور کرد با هزاران نوع بافتهای (مختلف) انسانی. مثل اینکه تستهای کلینیکی (تست بر روی انسان) رو روی یه تراشه بشه انجام داد.
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.
نکته دیگه ای راجع به این سلولهای بنیادی پرتوان القایی اینه که اگه مثلا یه سری سلول پوست برداریم٬ از کسانی که یه بیماری وراثتی (ژنتیکی) دارن و بافتی از آنها تولید کنیم٬ در واقع می تونیم با استفاده از روشهای مهندسی بافت مدلی از اون بیماری ها رو توی آزمایشگاه تولید کنیم. این یه مثال از آزمایشگاه کوین ایگان در هاروارد هست. او سلولهای عصبی تولید کرد با استفاده از این سلولهای بنیادی پرتوان القایی از بیماران مبتلا به بیماری لوگریگ٬ اون سلولها رو به سلولهای عصبی تمایز داد و نکته جالب این بود که اون سلولهای عصبی هم علایم همون بیماری رو از خودشون نشون دادن با چنین مدلهایی ما میتونیم با بیماریها مبارزه کنیم خیلی سریعتر از قبل و بیماری رو بهتر از قبل درک کنیم، و حتی شاید داروهارو سریعتر کشف کنیم. این مثال دیگه ای از سلولهای بنیادی مخصوص به یک بیمار هست آنها توسط سلولهای بیماری مبتلا به تینیت پیگمانتوزا مهندسی شدند. در این بیماری شبکیه چشم به مرور تحلیل می ره. این بیماری به صورت موروثی در خانواده ما هست، ما امیدواریم که این سلولها به ما کمک کنن معالجه ای برای این بیماری پیدا کنیم.
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.
بعضی مردم ممکنه فکر کنن این مدلها به نظر خوب می آیند ولی باز میپرسند: آیا این مدلها به خوبی موش آزمایشگاهی هستن؟ به هر حال موشها یک ارگانسیم کامل هستند٬ متشکل از تعامل شبکه ایی عضوهای مختلف داروی قلبی می تونه در کبد هضم بشه ممکنه بعضی از محصولات جانبی داخل چربی ذخیره بشن. آیا با استفاده از این مدلهای مهندسی شده شما همه این احتمالات رو از نادیده نمی گیرید؟ بله، این هم روند جدیدی هست در این رشته با تلفیق روشهای مهندسی بافت با میکرو سیالات٬ این رشته داره به اون جهت هم تکامل پیدا می کنه٬ یه مدل از تمام اکوسیستم بدن شامل تمام اعضای متعدد بدن به طوریکه بشه تست کرد چطوری یه داروی که برای فشار خون مصرف می کنید می تونه رو کبدتون تاثیر بذاره یا داروی ضد افسردگی روی قلبتون. ساختن این چنین سیستمهایی بسیار سخته، ولی ما داریم بهش نزدیک می شیم پس منتظر باشین.
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.
ولی این همه اش نیست، وقتی دارو -برای مصرف انسانها- تصویب شد روشهای مهندسی بافت می تونه به توسعه درمانهای شخصی (فرد به فرد) کمک کنه این یه مثاله که ممکنه برای شما هم یه روز مهم بشه البته امیدوارم که نشه تصور کنین یه روز اون تلفن زنگ می زنه و شما خبر بد رو دریافت می کنین: ممکنه سرطان داشته باشین. آیا ترجیج نمیدین اول آزمایش کنین که اون داروهای سرطان که قراره مصرف کنین، آیا روی سرطان شما جواب می ده؟ توی آزمایشگاه کارن برگ، آنها از فناوری پرینت جوهری استفاده می کنن تا سلولهای سرطان سینه رو پرینت کنن و پیشرفت و درمانشون رو مطالعه میکنن بعضی از همکاران ما در (موسسه) تافتس چند مدل مانند این رو با هم ترکیب می کنن با استخوان ساخته شده توسط مهندسی بافت تا ببینن چطور سرطان می تونه از یه بخش بدن به بخش دیگه منتقل بشه و می تونین تصور کنین که انواع این تراشه های چندین بافتی می تونن نسل بعدی این نوع مطالعات باشن.
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)
اگه به مدلهایی که راجع بهشون صحبت کردیم فکر کنیم٬ می بینین که به زودی مهندسی بافت مراحل ارزیابی و تصویب دارو رو متحول می کنه در ابتدایی ترین گام از مسیر مدل های (شبیه سازی شده) بیماری باعث می شن بشه فرمول بندی های بهتری از دارو ساخت٬ مدلهای بافتهای انسانی با انبوهی از نسخه های موازی می تونن تستهای آزمایشگاهی رو متحول کنن٬ تعداد تستهای حیوانی و تستهای کلینیکی روی انسانها رو کاهش بدن٬ و روشهای درمانی منحصر به فرد ارائه بدن چیزی که می تونیم اون رو حتی یه بازار خاص در نظر بگیریم در واقع ما سرعت دریافت پاسخ رو به شدت زیاد کردیم بین تولید یه مولکول و فهمیدن اینکه چطوری در بدن انسان عمل می کنه اصولا روندی که استفاده کردیم تبدیل بیوتکنولوژی و داروشناسی بوده به فن آوری اطلاعات که کمک می کنه هم اکتشاف و هم ارزیابی دارو سریعتر ارزونتر و موثرتر انجام بشه این روش معنی جدیدی میده به مدلهای شبیه سازی شده در مقایسه با تستهای حیوانی، اینطور نیست؟ متشکرم. (تشویق تماشاگران)