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)
Gostaria de vos mostrar um vídeo de alguns modelos com que trabalho. Têm todos o tamanho perfeito e nenhuma gordura. Já vos disse que são lindos? E que são modelos científicos?
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.
(Risos) Como já calcularam, sou uma engenheira de tecidos e este é um vídeo de um coração a bater que criei em laboratório. Esperamos que um dia estes tecidos possam substituir partes do corpo humano. Mas do que vos vou falar hoje é de como estes tecidos podem ser modelos incríveis.
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.
Vamos pensar no processo de rastreio de medicamentos. Primeiro a formulação do medicamento, testes em animais, depois os chamados testes em humanos, antes de os medicamentos entrarem no mercado. Custa muito dinheiro, muito tempo e, por vezes, mesmo quando o medicamento chega ao mercado, atua de uma forma imprevisível e prejudica as pessoas. Quanto mais tarde falhar, pior serão as consequências.
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.
Tudo se resume a duas questões: Uma, os seres humanos não são ratos e a segunda, apesar das nossas incríveis semelhanças, as pequenas diferenças entre nós têm um grande impacto na forma como metabolizamos os medicamentos e em como estes nos afetam.
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.
E se tivéssemos melhores modelos no laboratório que pudessem não só representar-nos melhor do que os ratos mas também refletir a nossa diversidade? Vejamos como podemos fazê-lo através da engenharia de tecidos.
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.
Uma das tecnologias-chave que é realmente importante é o que se chama de células estaminais pluripotentes induzidas. Foram desenvolvidas no Japão muito recentemente. As células estaminais pluripotentes induzidas assemelham-se bastante às células estaminais embrionárias exceto sem controversas. Nós induzimos células, digamos, células da pele, ao adicionarmos-lhes alguns genes, mantendo-as em cultura e depois recolhendo-as. São células da pele que podem ser "enganadas" até um estado embrionário, como se fosse uma amnésia celular. Não haver controvérsia, é a primeira vantagem. A segunda é que se pode desenvolver qualquer tipo de tecido a partir delas — cérebro, coração, fígado — mas a partir das vossas próprias células. Ou seja, podemos desenvolver um modelo do vosso coração, do vosso cérebro, num <i>chip</i>.
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.
Gerar tecidos de densidade e comportamento previsíveis é a segunda parte, e será fundamental para que estes modelos sejam adotados para a descoberta de medicamentos. Este é o esquema de um reator biológico que estamos a desenvolver em laboratório para ajudar os engenheiros de tecidos de modo mais modular e progressiva. No futuro, imaginem uma versão paralela maciça disto com milhares de diferentes tecidos humanos. Seria como ter um ensaio clínico num <i>chip</i>.
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.
Outra coisa sobre estas células estaminais pluripotentes induzidas é que, se retirarmos algumas células da pele, digamos, de pessoas com uma doença genética e se desenvolvermos tecidos a partir delas, poderemos usar técnicas de engenharia de tecidos para gerar modelos dessas doenças em laboratório. Aqui está um exemplo do laboratório de Kevin Eggan, em Harvard. Ele desenvolveu neurónios a partir de células estaminais pluripotentes induzidas de pacientes com a doença de Lou Gehrig, diferenciou-as em neurónios, e o que é maravilhoso é que esses neurónios também mostram sintomas da doença. Portanto, com modelos de doenças como estes, poderemos dar uma resposta mais rápida do que nunca, compreender melhor a doença e, talvez, descobrir medicamentos ainda mais rapidamente. Este é outro exemplo de células estaminais de doentes específicos que foram desenvolvidas a partir de uma pessoa com retinite pigmentosa. É uma degeneração da retina. É uma doença presente na minha família e esperamos que células como estas possam ajudar-nos a encontrar a cura.
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.
Algumas pessoas pensam que estes modelos soam muito bem mas perguntam: "Será que são tão boas como o rato?" Afinal, o rato é um organismo completo, com redes de interações dos órgãos. Um medicamento para o coração pode ser metabolizado no fígado e alguns dos subprodutos poderão ser armazenados no tecido adiposo. Não está tudo isso em falta com estes modelos da engenharia de tecidos? Esta é outra tendência na área. Ao combinar técnicas de engenharia de tecidos com os microfluidos, a área está a evoluir para isso, para um modelo do ecossistema completo do corpo, completo com sistemas de múltiplos órgãos, para testar como um medicamento para a tensão pode afetar o fígado ou como um um antidepressivo pode afetar o coração. Estes sistemas são difíceis de desenvolver, mas estamos a começar a lá chegar. Portanto, fiquem atentos!
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.
Quando um medicamento é aprovado, as técnicas de engenharia de tecidos podem ajudar-nos a desenvolver tratamentos mais personalizados. Este é um exemplo com que poderão um dia vir a preocupar-se, embora espere que nunca o façam. Imaginem se um dia recebem aquele telefonema que traz a má notícia de que talvez tenham cancro. Não prefeririam testar se os medicamentos para o cancro que vão tomar, vão ser eficazes no vosso cancro? Este é um exemplo do laboratório de Karen Burg, onde estão a utilizar tecnologias de impressoras para imprimir células de cancro da mama e estudar a sua progressão e tratamentos. Os nossos colegas em Tufts estão a combinar modelos como este com ossos da engenharia de tecidos para ver como o cancro passa de uma parte do corpo para outra. Podemos imaginar que aqueles <i>chips</i> de multitecidos
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)
vão ser a próxima geração deste tipo de estudos. Pensando nos modelos de que acabámos de falar, percebemos que, no futuro, a engenharia de tecidos irá revolucionar o desenvolvimento de medicamentos em cada etapa do processo: modelos de doenças a contribuir para melhores formulações dos medicamentos, modelos de tecidos humanos em grande escala a revolucionar os testes laboratoriais, redução da experimentação animal e dos ensaios clínicos em humanos, e terapias individualizadas que podem mudar o que nós consideramos hoje ser um mercado. Estamos a acelerar drasticamente o <i>feedback</i> entre desenvolver uma molécula e perceber como é que ela atua no corpo humano. O nosso processo é transformar a biotecnologia e a farmacologia numa tecnologia de informação, ajudando-nos a descobrir e a avaliar medicamentos de uma forma mais rápida, mais barata e mais eficaz. Isto dá um novo significado aos modelo contra a experimentação animal, não é? Obrigada.