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)
Ik toon jullie een video van enkele modellen waar ik mee werk. Ze hebben allemaal perfecte maten en geen grammetje vet. Zei ik al dat ze geweldig zijn? En dat ze wetenschappelijk zijn? (Lacht)
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.
Je raadt het al, ik ben weefselingenieur. Dit is een video van het kloppende hart dat ik in het lab heb ontworpen. We hopen dat deze weefsels op een dag kunnen dienen als vervangstukken voor het menselijke lichaam. Maar vandaag ga ik vertellen hoe deze weefsels geweldige modellen zijn.
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.
Denk even aan het proces voor screening van medicijnen. Dat gaat van opstellen van de formule, labotesten, testen op dieren naar klinische proeven, wat je testen op mensen zou kunnen noemen, tot de medicijnen op de markt komen. Het kost veel geld en tijd en zelfs als een medicijn op de markt komt, is het soms onvoorspelbaar en schaadt het mensen. Hoe later het faalt, hoe erger de gevolgen.
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.
Het komt op twee dingen neer. Ten eerste, mensen zijn geen ratten. Ten tweede, ondanks onze sterke gelijkenissen hebben die kleine verschillen tussen jou en mij enorme impact op hoe we medicijnen omzetten en hoe die op ons inwerken.
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.
Als we in het labo nu eens betere modellen hadden die ons niet alleen beter zouden nabootsen dan ratten maar ook onze diversiteit beter weergaven? Even kijken hoe we dat doen met weefselontwerp.
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.
Eén van de erg belangrijke sleuteltechnieken zijn de zogenaamde geïnduceerde pluripotente stamcellen. Ze zijn recent in Japan ontwikkeld. Geïnduceerde pluripotente stamcellen dus. Ze zien er sterk uit als embryonale stamcellen maar dan zonder de controverse. We induceren cellen, huidcellen bijvoorbeeld, door er wat genen aan toe te voegen, ze op cultuur te zetten en ze dan te oogsten. Het zijn huidcellen die je kan foppen, een soort cellulaire amnesie, tot ze weer embryonaal worden. Maar dan zonder controverse, dat is cool punt nummer één. Cool punt nummer twee is dat je er elke soort weefsel uit kunt kweken: hersenen, hart, lever, je ziet het al, maar dan uit jouw cellen. We kunnen een model maken van je hart, je brein, op een 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.
Weefsel maken met voorspelbare dichtheid en gedrag is deel twee, dat erg belangrijk wordt om deze modellen te laten aanvaarden voor medicijntesten. Dit is een schema van een bioreactor die we in ons lab ontwikkelen om weefsel te ontwerpen op meer modulaire, schaalbare wijze. In de toekomst krijgen we parallelle versies hiervan op grote schaal, met duizenden stukjes menselijk weefsel. Het is als een klinische test op een 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.
Nog iets over die geïnduceerde pluripotente stamcellen: als we huidcellen nemen, bijvoorbeeld, van mensen met een erfelijke ziekte en we er weefsel uit kweken, kunnen we deze technieken van weefselontwerp gebruiken om die ziekte te modelleren in het lab. Dit voorbeeld komt uit het lab van Kevin Eggan in Harvard. Hij heeft neuronen gegenereerd uit geïnduceerde pluripotente stamcellen van patiënten met de ziekte van Lou Gehrig. Hij heeft er neuronen van gemaakt. Het verbazende is dat deze neuronen ook symptomen van de ziekte hebben. Met ziektemodellen als deze, hebben we sneller een antwoord op de ziekte dan ooit tevoren en ontdekken we medicijnen sneller. Nog een voorbeeld van stamcellen van een patiënt met retinitis pigmentosa, degeneratie van het netvlies. Die ziekte komt voor in mijn familie. Hopelijk helpen dit soort cellen om een remedie te vinden.
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.
Sommigen vinden dat dit allemaal mooi klinkt, maar "Zijn ze echt zo goed als een rat?" Een rat is een volwaardig organisme, met netwerken van organen die interageren. Een medicijn voor het hart kan in de lever worden omgezet en sommige bijproducten kunnen in het vet worden opgeslagen. Mis je dat alles niet met modellen van weefselontwerpen? Dit is een andere trend in het domein. Door technieken van weefselontwerp te combineren met microfluidica, evolueert het domein net in die richting: een model van het hele ecosysteem van het lichaam, met meerdere orgaansystemen om te testen hoe een medicijn dat je neemt voor je bloeddruk invloed kan hebben op je lever of een antidepressivum op je hart. Die systemen zijn moeilijk te bouwen, we beginnen nog maar net, uitkijken dus.
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.
Maar dat is niet alles. Als een medicijn is goedgekeurd, kunnen we met technieken van weefselontwerp gepersonaliseerde behandelingen ontwerpen. Misschien gaat dit voorbeeld je ooit aan, ik hoop van niet, want stel je voor dat je een telefoontje krijgt met het slechte nieuws dat je kanker hebt. Wil je dan niet testen of die kankermedicijnen gaan werken voor jouw kanker? Dit voorbeeld komt uit het lab van Karen Burg, waar ze inkjet-technologie gebruiken om borstkankercellen te drukken en er de progressie en behandeling van te bestuderen. Collega's van ons bij Tufts vermengen modellen als deze met weefselontworpen bot om te zien hoe kanker van één deel van het lichaam naar het andere uitzaait. Dat soort multi-weefsel-chips wordt de volgende generatie voor dit soort studies.
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)
Als je de modellen bekijkt die we net bespraken, zie je, als je de evolutie bekijkt, dat weefselontwerp goed geplaatst is om screening van medicijnen op elk punt sterk te verbeteren: ziektemodellen zorgen voor betere medicijnformules, massief parallelle menselijke weefselmodellen zijn een revolutie voor de labtesten, verminderen testen op dieren en testen op mensen in klinische proeven, en geïndividualiseerde therapie zet zelfs ons concept van wat een markt is op zijn kop. We zorgen voor een dramatische versnelling van de feedback tussen de ontwikkeling van een molecule en het leren hoe die werkt in het menselijk lichaam. Dat doen we door de transformatie van biotechnologie en farmacologie naar informatietechnologie, waardoor we medicijnen sneller ontdekken en evalueren, goedkoper, en effectiever. Het geeft een nieuwe lading aan 'modellen tegen proeven op dieren', niet? Dankuwel. (Applaus)