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)
Szeretnék mutatni Nektek egy videót néhány modellről, amelyekkel dolgozom. Mindegyik tökéletes méretű, és egy gramm zsír sincs rajtuk. Említettem, hogy gyönyörűek? És hogy tudományos modellek?
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.
Ahogy kitalálhattátok, szövetmérnök vagyok, és ez egy videó egy darab dobogó szívről, amit a laborban hoztam létre. És egy nap, reméljük, hogy ilyen szövetek helyettesíthetik az emberi test egyes részeit. De amiről ma beszélni fogok, az az, hogy ezek a szövetek miért fantasztikus modellek.
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.
Nos, gondoljunk a gyógyszertesztelés folyamatára egy pillanatig. A gyógyszertervezéstől labortesztelésen, állattesztelésen át jutunk a klinikai teszteléshez, amit emberi tesztelésnek is nevezhettek, mielőtt piacra kerülnek a gyógyszerek. Sok pénzbe kerül, sok időbe, és néha, ha piacra is kerül egy gyógyszer, megjósolhatatlan módon viselkedik, és a valóságban ártalmas lehet emberekre. És minnél később bukik meg, annál súlyosabbak a következmények.
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.
Két fő probléma létezik: Egy, az ember nem patkány, és kettő, a köztünk lévő hihetetlen hasonlóságok ellenére, a közted és köztem létező pici különbségek jelentősen befolyásolják, hogy az anyagcserénk miként bont le gyógyszereket, és hogy a gyógyszerek hogyan hatnak ránk.
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.
Úgyhogy mi lenne, ha jobb modelljeink lennének a laborban, amelyek nem csak jobban utánoznának minket mint a patkányok, hanem a diverzitásunkat is jobban tükröznék? Lássuk, hogyan tudjuk ezt elérni szövettervezéssel.
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.
Egy kulcs technológia, ami igazán fontos az úgynevezett indukált pluripotens őssejtek. Ezeket Japánban fejlesztették ki nemrég. Oké, indukált pluripotens őssejtek. Nagyon hasonlítanak az embrionális őssejtekre, kivéve a körülöttük lévő vitákat. Sejteket, mondjuk például bőrsejteket indukálunk, azáltal, hogy hozzáadunk néhány gént, tenyésztjük őket, majd begyűjtjük őket. Szóval ezek olyan bőrsejtek, amiket becsaptunk, mint valami celluláris emlékezetvesztés, hogy embrionális állapotba kerüljenek. Tehát viták nélkül. Ez az első klassz dolog. A második klassz dolog, hogy bármilyen típusú szövetet lehet növeszteni belőlük: agy, szív, máj, érted, de a saját sejtjeidből! Úgyhogy modellezni tudjuk a Te szívedet, a Te agyadat egy csipen.
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.
Megjósolható sűrűségű és viselkedésű szövetek előállítása lesz a második lépés, amelynek kulcsszerepe lesz abban, hogy ezeket a modelleket alkalmazhassuk gyógyszerfejlesztéshez. Ez egy vázlat egy bioreaktorról, amit a laborunkban fejlesztettünk, hogy modulárisabb, skálázhatóbb módon építhessünk szöveteket. A jövőben, képzeljétek ennek a masszívan párhuzamos változatát ezernyi emberi szövetdarabbal. Olyan lenne, mintha egy egész klinikai kísérlet egy csipen lenne rajta.
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.
De egy másik dolog ezekkel az indukált pluripotens őssejtekkel az, hogy ha veszünk, mondjuk, bőrsejteket emberektől, akiknek egy genetikai betegségük van, és szöveteket alkotunk belőlük, akkor szövettervezéssel a laborban valódi modelleket tudunk generálni azokra a betegségekre. Itt egy példa Kevin Eggan laborjából, a Harvard egyetemről. Neuronokat generált ezekből az indukált pluripotens őssejtekből (Lou Gehring betegségben szenvedő páciensektől), és neuronokká differenciáltatta őket. Az a bámulatos, hogy ezek a neuronok mutatják a betegség tüneteit. Tehát ilyen modellekkel gyorsabban tudunk harcba szállni mint előtte, jobban megérteni a betegséget mint előtte, és talán még gyorsabban tudunk gyógyszereket fejleszteni. Ez egy másik példa páciens-specifikus őssejtekkel amelyeket retinitisz pigmentózában szenvedő egyedből állítottak elő. Ez a retina degenerációja. A betegség sújtja a családomat, és igazán reméljük, hogy ilyen sejtek segíteni fognak gyógymódot találni.
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.
Egyes emberek úgy gondolják, hogy ezek a modellek persze jól hangzanak, de azt kérdik, "Ezek tényleg olyan jók mint egy patkány?" Elvégre a patkány mégis egy teljes szervezet, egymással kölcsönható szervek hálózatával. Egy szívgyógyszert a máj dolgozhat fel, és a melléktermékei zsírban tárolódhatnak. Mindez nem veszik el ilyen szövetmódosított modellekkel? Nos, ez egy másik irányzata a szakmának. Összekombinálva a szövettervezést a mikrofluidikával, a szakma pont affelé halad, hogy a test teljes ökorendszerét modellezze, több szervrendszerrel együtt, hogy tesztelhessék, hogy egy vérnyomáscsökkentő gyógyszer miként hathat a májadra, vagy egy antidepresszáns hogyan hathat a szívedre. IIyen rendszereket nagyon nehéz építeni, csak most jutunk oda, hogy ezt elérjük, úgyhogy, figyelem!
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.
De ez még mindig nem minden, mert amint egy gyógyszer piacra kerül a szövettervezés segíthet személyre szabott kezeléseket fejleszteni. Ez egy példa, ami esetleg valamikor fontos lesz számotokra, és remélem, hogy nem így lesz, mert képzeljétek el, hogy egy nap értesítenek azzal a rossz hírrel, hogy talán rákban szenvedsz. Nem akarnád inkább kipróbálni, hogy a rákgyógyszerek, amelyeket szedni fogsz, hatnak-e a Te rákodra? Ez egy példa Karen Burg laborjából, ahol tintasugaras technológiával mellrák sejteket nyomtatnak, és vizsgálják a fejlődését és kezelését. A Tuft egyetemen vannak kollegáink, akik például ilyen modelleket kevernek mesterséges csonttal, hogy lássák, hogy a rák hogyan terjedhet a test egyik részéből egy másikba, és az ilyen típusú sokszövetes csipeket képzelhetjük az ilyesfajta vizsgálatok következő generációjának.
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)
És így -- azokra a modellekre gondolva, amelyeket épp emlegettünk -- láthatjátok, hogy a szövettervezés tényleg forradalmasíthatja a gyógyszerfejlesztést a folyamat minden egyes lépésénél: olyan betegség modelleket szolgáltat amelyekkel jobb gyógyszer formulákat találhatunk, masszívan párhuzamosított szövetmodellekkel forradalmasíthatja a laborbeli tesztelést, csökkentve az állat- és emberkísérleteket a klinikai tesztelésben, és személyre szabott terápiákkal megelőzheti hogy olyanok használják a gyógyszert, akiknek nem való. Lényegében drámaian felgyorsítjuk a visszacsatolást a molekulafejlesztés között, és aközött, hogy megtudjuk, hogyan hat az emberi testre. Az általunk használt folyamat lényegében átalakítja a biotechnológiát és a gyógyszeripart információ technológiává, ezzel segítve, hogy gyógyszereket gyorsabban, olcsóbban és hatékonyabban fedezzünk fel és értékeljünk. Új jelentést ad a "modellek az állatkísérletek ellen" kifejezésnek, nem? Köszönöm. (Taps)