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)
ברצוני להקרין לכם סרטון של כמה מהדוגמניות איתן אני עובדת. הגודל של כולן מושלם, ואין עליהן גרם אחד של שומן. אמרתי כבר שהן יפהפיות? ושהן דוגמניות מדעיות? [צחוק]
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.
כפי שודאי ניחשתם, אני מהנדסת רקמות, וזה סרטון של חלק מהלב הפועם שתכננתי במעבדה. ואנו מקווים שיום אחד רקמות אלה ישמשו חלקי-חילוף עבור הגוף האנושי. אך היום אספר לכם כיצד הרקמות האלה מהוות דוגמניות מעולות.
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.
הבה נחשוב לרגע על תהליך אישור התרופות. מהרכבת התרופה עוברים לבדיקות במעבדה, על בעלי-חיים, מבדקים קליניים, או מה שאפשר לכנות בדיקות על בני-אדם, לפני שהתרופה מגיעה לשוק. כל זה עולה המון כסף, גוזל זמן רב, ולפעמים, גם אם התרופה מגיעה לשוק, היא פועלת באופן בלתי-חזוי וממש מזיקה לאנשים. וככל שהכשל שלה מאוחר יותר, כך חמורות יותר ההשלכות.
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.
הכל מצטמצם לשתי בעיות. א', בני-אדם אינם עכברים, ו-ב', למרות הדמיון המדהים בינינו, לאותם הבדלים זעירים ביניכם וביני יש השפעות עצומות על חילוף החומרים שלנו כשמדובר בתרופות וכיצד תרופות אלה משפיעות עלינו.
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.
ובכן, מה אם היו לנו דגמים טובים יותר במעבדה שלא רק יכלו לחקות אותנו יותר טוב מעכברים אלא גם לשקף את המגוון האנושי? הבה ונראה איך ניתן לעשות זאת בעזרת הנדסת רקמות.
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.
אחת הטכנולוגיות המרכזיות והחשובות ביותר היא מה שמכונה "תאי גזע רב-תכליתיים מושרים". הם פותחו די לאחרונה ביפן. אם כן, תאי הגזע המושרים. הם דומים מאד לתאי גזע עובריים בלי כל הסוגיות המוסריות. אנו משרים תאים, למשל, תאי עור, בכך שאנו מוסיפים להם מספר גנים, מגדלים תרביות, ואז אוספים אותם. כלומר אלה תאי עור שאפשר להטעות אותם, קצת כמו בשיכחה תאית, ולהביאם למצב עוברי. ואין כאן סוגיות מוסריות, יתרון מגניב מס' אחד. יתרון מגניב מס' שניים: אפשר לגדל מהם כל סוג של רקמה: רקמת מוח, לב, כבד - הבנתם את הרעיון - אבל מהתאים שלכם. כך שאנו יכולים ליצור דגם של הלב או המוח שלכם על גבי שבב.
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.
הפקת רקמות בדחיסות ובהתנהגות ברות-חיזוי היא המרכיב השני, וזה יהיה באמת המפתח בהתאמת דגמים אלה לתהליך גילוי התרופות. זהו תרשים של כור ביולוגי שאנו מפתחים במעבדתנו כדי לסייע בהנדסת רקמות בדרך יותר מודולרית וניתנת לשינוי גודל. נמשיך: תארו לעצמכם גירסה מקבילה וגדולה יותר של זה עם אלפי פיסות של רקמות אנושיות. זה יהיה כמו לבצע ניסוי קליני על גבי שבב.
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.
אבל דבר נוסף בקשר לתאי גזע מושרים אלה הוא שאם ניקח תאי עור, נניח, מאנשים בעלי מחלות גנטיות ונהנדס מהם רקמות, נוכל בעצם לנצל שיטות של הנדסת רקמות כדי לייצר דגמים של מחלות אלה במעבדה. הנה דוגמה ממעבדתו של קווין איגן בהארוורד. הוא הפיק נוירונים מתאי הגזע המושרים הללו שנלקחו מחולים במחלת לו גריג, זיהה בהם את הנוירונים השונים, ומה שמדהים, נוירונים אלה גם מפגינים תסמינים של המחלה. אז עם דגמי מחלה כאלה, אנו יכולים להשיב מלחמה מהר מאי-פעם ולהבין את המחלה טוב יותר מאי-פעם, ואולי גם לגלות תרופות מהר יותר. זו דוגמה נוספת של תאי גזע ייחודיים-לחולה שהונדסו ממישהו שחולה ברטיניטיס פיגמנטוזה. מדובר בהתנוונות הרשתית. זו מחלה שקיימת במשפחה שלי, ואנו באמת מקווים שתאים כאלה יעזרו לנו למצוא לה תרופה.
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.
יש אנשים שחושבים שהדגמים האלה בסדר גמור, אבל שואלים, "האם הם טובים כמו חולדות? החולדה היא אורגניזם שלם, אחרי הכל, עם רשתות איברים הפועלים באינטראקציה. תרופה ללב עלולה להתפרק בכבד, וחלק מתוצרי הלוואי עלולים להישמר בשומן. אינכם מפספסים את כל זה עם הדגמים מהונדסי הרקמות?" ובכן, זו מגמה נוספת בתחום הזה. ע"י שילוב של טכניקות הנדסת רקמות ומדע המיקרו-נוזלים, התחום הזה מתפתח בדיוק לכיוון הזה, לדגם של כל המערכת האקולוגית של הגוף, כולל כל מערכות האיברים, שיאפשר לבחון איך תרופה שלוקחים למשל בשביל לחץ דם יכולה להשפיע על הכבד או איך נוגד-דכאון ישפיע על הלב. קשה מאד לבנות מערכות אלה, אבל אנו מתחילים כעת להגיע לכך, אז תתכוננו.
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.
אבל זה ממש לא הכל, כי מרגע שמאשרים תרופה, טכניקות הנדסת הרקמות יכולות לעזור לנו לפתח טיפולים יותר מותאמים-אישית. זו דוגמה של משהו שאולי ידאיג אתכם מתישהו, ואני מקווה שזה לא יקרה. כי תארו לעצכמם שאתם מקבלים את ההודעה עם הבשורה הרעה שאולי יש לכם סרטן. האם לא הייתם מעוניינים לבחון אם התרופות נגד סרטן שאתם עומדים לקחת ישפיעו על הסרטן שלכם? הנה דוגמה ממעבדתה של קארן ברג, שבה משתמשים בטכנולוגיות הזרקת-דיו להדפסת תאי סרטן-שד ולחקור את התפתחותם ואת הטיפולים נגדם. וכמה מעמיתינו באוניברסיטת "טפטס" מערבבים דגמים כמו אלה עם עצם מהונדסת-רקמות כדי לגלות איך הסרטן יכול להתפשט מחלק אחד של הגוף לחלק אחר, ואתם יכולים לראות בשבבים מרובי-רקמות כאלה את הדור הבא של המחקרים האלה.
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)
אז אם תחשבו על הדגמים שבהם עסקנו עכשיו, תוכלו לראות שבעתיד, הנדסת הרקמות יכולה בעתיד לחולל מהפכה בתחום בדיקת התרופות בכל שלב בתהליך: דגמי מחלה להרכבה טובה יותר של תרופות, דגמים מרובי רקמות אנושיות שיעזרו לחולל מהפכה בבדיקות המעבדה, הפחתת הניסויים הקליניים בבעלי-חיים ובבני-אדם, וטיפולים מותאמים-אישית שישנו לגמרי את מה שנחשב בעינינו לשיווקי. למעשה אנו מאיצים מאד את המשוב הזה בין פיתוחה של מולקולה והלימוד אודות דרכי פעולתה בגוף האנושי. התהליך שלנו בתחום זה בעצם הופך את הביו-טכנולוגיה ואת תורת התרופות לטכנולוגיית מידע, שעוזרת לנו לגלות ולבדוק תרופות מהר יותר, יותר בזול וביתר יעילות. זה נותן משמעות חדשה לשימוש בדוגמניות, לעומת ניסויים בבעלי-חיים, נכון? תודה לכם. [מחיאות כפיים]