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)
Chciałabym pokazać wam wideo paru modeli, z którymi pracuję. Wszystkie mają idealne wymiary i ani grama tłuszczu. Wspomniałam już, że są cudowne? I że są modelami naukowymi?
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.
Jak może już zgadliście, zajmuję się inżynierią tkankową, a to wideo przedstawia jedno z bijących serc, które wytworzyłam w laboratorium. I mamy nadzieję, że pewnego dnia te tkanki posłużą jako części zamienne dla ludzkiego ciała. Ale dziś opowiem wam o tym, jak świetnymi modelami są te tkanki.
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.
Pomyślmy o procesie wytwarzania leków. Po opracowaniu formuły leku testuje się go laboratoryjnie, później na zwierzętach, a później robi się esperyment kliniczny, można to nazwać testami na ludziach, zanim lek trafi na rynek. Zabiera to dużo czasu i pieniędzy, a i tak, nawet jeśli lek trafi już na rynek, zdarza się, że działa on w nieprzewidywalny sposób i ostatecznie szkodzi ludziom. I im później się to okazuje, tym gorsze są konsekwencje.
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.
Wszystko to sprowadza się do dwóch problemów. Po pierwsze, ludzie nie są szczurami, po drugie, mimo tego, że jesteśmy bardzo do siebie nawzajem podobni, te małe różnice między mną i tobą mają ogromny wpływ na to jak metabolizujemy leki i w jaki sposób te leki na nas działają.
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.
Więc co by było gdybyśmy mieli lepsze modele w laboratoriach, nie tylko lepsze w udawaniu nas od szczurów, ale także odzwierciedlające naszą różnorodność? Zobaczmy jak można to osiągnąć za pomocą inżynierii tkankowej.
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.
Jedną z najważniejszych technologii jest coś, co nazywa się indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste. Zostały one opracowane dość niedawno w Japonii. Dobra, indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste. Pod wieloma względami przypominają embrionalne komórki macierzyste, z wyjątkiem ich kontrowersji. Indukujemy komórki, powiedzmy, komórki skóry, dodając do nich trochę genów, hodując je, a później je zbierając. Czyli są to komórki skóry, które możemy wprowadzić, przez rodzaj amnezji komórkowej, w stan embrionalny. Więc pozbywamy się kontrowersji, to fajna rzecz numer jeden. Fajna rzecz numer dwa: możesz z nich wyhodować każdy rodzaj tkanki: mózg, serce, wątrobę, rozumiecie, ale ze swoich własnych komórek. Więc robimy model twojego serca, albo mózgu na chipie.
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.
Generowanie tkanek, których gęstość i zachowanie da się przewidzieć to druga część i naprawdę zbliży to nas do używania tych modeli przy produkcji nowych leków. A tutaj widzicie schemat bioreaktora nad którym pracujemy w naszym laboratorium, który pomoże nam wytwarzać tkanki w bardziej modułowy, mierzalny sposób. Pójdźmy dalej: wyobraźcie sobie bardziej rozbudowaną wersję tego reaktora z tysiącami fragmentów ludzkiej tkanki. To byłoby jak robienie testów klinicznych na chipie.
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.
Kolejna rzecz jeśli chodzi o indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste: jeśli pobierzemy trochę komórek skóry od kogoś z jakąś chorobą genetyczną i wytworzymy z nich tkanki możemy użyć technik inżynierii tkankowej do wytworzenia w laboratorium modeli dla tych chorób. Oto przykład z laboratorium Kevina Eggana z Harvardu. Wygenerował neurony z tych indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych pobranych od pacjentów ze stwardnieniem zanikowym bocznym i wydzielił z nich pojedyncze neurony, i co jest zdumiewające te neurony też wykazują objawy choroby. Więc z takimi modelami chorób, możemy walczyć szybciej niż kiedykolwiek przedtem i zrozumieć te choroby lepiej niż kiedykolwiek przedtem i może wynajdywać leki jeszcze szybciej. To kolejny przykład komórek macierzystych charakterystycznych dla pacjenta, które zostały wytworzone z komórek kogoś z retinopatią barwnikową. To jest choroba polegająca na degeneracji siatkówki. Ta choroba występuje w mojej rodzinie i mamy nadzieję, że takie komórki pomogą nam znaleźć lekarstwo.
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.
Niektórzy myślą, że te modele może wyglądają dobrze, ale pytają: "Czy one są naprawdę tak dobre jak szczury?" W końcu szczur jest całym organizmem, ze ściśle współpracującymi ze sobą narządami. Lek na serce może być metabolizowany w wątrobie i niektóre produkty uboczne mogą odkładać się w tłuszczu. Czy pamiętacie o tym przy tworzeniu tych modeli? I to jest właśnie kolejny trend w naszej nauce. Łącząc inżynierię tkankową z mikrofluidyką, właśnie w tym kierunku się rozwijamy, chcemy stworzyć model całego ekosystemu ciała, z różnymi układami narządów, żeby można było sprawdzić jak lek, który bierzesz na problemy z ciśnieniem może wpłynąć na twoją wątrobę, lub jaki wpływ antydepresanty będą miały na twoje serce. Takie układy są bardzo trudne do zbudowania, ale już zaczynamy to robić, więc uważajcie.
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.
Ale to jeszcze nie wszystko, bo jak lek już jest zatwierdzony, inżynieria tkankowa może nam pomóc rozwinąć bardziej spersonalizowane leczenie. To jest przykład, który może was kiedyś dotknąć, mam nadzieję, że to się nigdy nie stanie, bo wyobraźcie sobie, że kiedyś dostajecie taki telefon, lekarz mówi wam, że możecie mieć raka. Nie wolelibyście najpierw sprawdzić czy te leki, które będziecie brać zadziałają w waszym przypadku? To jest przykład z laboratorium Karen Burg, gdzie zabarwiają komórki raka piersi i badają ich rozwój i leczenie. Niektórzy nasi koledzy na uniwersytecie Tuftsa mieszają modele takie jak ten z kością wytworzoną w laboratorium, żeby zobaczyć jak rak może się rozprzestrzeniać z jednej części ciała do drugiej, i możecie sobie wybrazić, że te wielotkankowe układy będą przedmiotem następnej generacji tego typu badań.
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)
Więc myśląc o tych modelach, które właśnie omówiliśmy, możecie zobaczyć, że inżynieria tkankowa już szykuje się do tego, żeby zrewolucjonizować badania na lekach na każdym ich etapie: robimy modele chorób żeby opracować lepsze formuły leków, rozbudowane układy ludzkiej tkanki pomogą nam zrewolucjonizować badania laboratoryjne, ograniczyć testy na zwierzętach i testy kliniczne na ludziach, zindywidualizowane leczenie , które zakłóca to, co mogliśmy przedtem uważać za rynek. W skrócie, w ogromnym stopniu przyspieszamy ten proces między opracowaniem molekuły, a sprawdzeniem, jak będzie się ona zachowywała w ludzkim ciele. Sposób w jaki to robimy to w zasadzie transformacja biotechologii i farmakologii w informatykę, co pomaga nam szybciej wynajdować i oceniać leki, taniej i bardziej efektywnie. To zupełnie nowe znaczenie modeli przeciwko testom na zwierzętach, prawda? Dziękuję.