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)
Vreau să vedeţi un video cu câteva din modelele cu care lucrez. Sunt perfect proporţionate şi nu au un gram de grăsime. Am spus cumva că-s minunate? Şi că sunt modele ştiinţifice? (Râsete)
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.
După cum aţi ghicit, sunt inginer de ţesuturi, iar acesta e un video cu o inimă funcţională pe care am creat-o în laborator. Cândva sperăm că aceste ţesuturi vor putea servi ca piese de rezervă pentru corpul uman. Azi am să vă vorbesc despre modul în care aceste ţesuturi dau modele deosebite.
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.
Procesul de monitorizare al medicamentelor e cam aşa: pleci de la formula medicamentului, teste de laborator, teste pe animale, studii clinice, care se pot numi teste pe oameni, abia apoi medicamentul intră pe piaţă. Costă o grămadă de bani şi timp şi câteodată, deşi ajunge pe piaţă, se comportă imprevizibil şi face rău oamenilor. Cu cât eșuează mai târziu, cu atât mai grave sunt consecinţele.
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.
De fapt, totul se reduce la două probleme. Prima - oamenii nu sunt animale, şi a doua - în ciuda incredibilei noastre asemănări, acele mici diferenţe dintre mine şi tine au impact asupra modului în care metabolizăm substanţele şi în ce mod ne afectează.
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.
Dacă am avea modele mai bune în laboratoare care nu doar că ne-ar imita mai bine decât şobolanii, dar ne-ar reflecta şi diversitatea? Să vedem cum putem face asta cu ajutorul ingineriei tisulare.
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.
Una din tehnologiile cheie extrem de importante sunt celulele stem pluripotente induse. Au fost create recent în Japonia. OK, celule stem pluripotente induse. Seamănă mult cu celulele stem embrionare, exceptând faptul că sunt controversate. Inducem celulele pielii, să zicem, adăugându-le câteva gene, cultivându-le, apoi recoltându-le. Aşadar sunt celule ale pielii care pot fi păcălite, asemeni amneziei celulare din stadiul embrionic. Exceptând controversa, acesta e primul aspect benefic. Al doilea beneficiu, poţi cultiva orice tip de ţesut din ele: creier, inimă, ficat, orice plecând de la celulele tale proprii. Putem face un model al inimii tale, al creierului tău pe un cip.
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.
Generând ţesuturi de densitate şi comportament previzibil e al doilea aspect, care va fi cheia pentru adoptarea acestor modele pentru descoperirea medicamentelor. Acesta e un bioreactor schematic pe care îl dezvoltăm în laborator, care să-i ajute pe inginerii tisulari într-un mod mai modular, cu posibilitate de mărire a scării. Anticipând, imaginaţi-vă o versiune paralelă a acestuia, cu mii de piese de ţesut uman. Ar fi ca un studiu clinic pe un cip.
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.
Dar încă un avantaj al acestor celule stem induse pluripotent e că luând câteva celule de piele, să zicem, de la oameni cu o boală genetică din care facem ţesuturi, putem folosi tehnicile de inginerie tisulară să generăm modele ale acelei boli în laborator. Un exemplu din laboratorul lui Kevin Eggan de la Harvard. A generat neuroni din aceste celule stem induse pluripotente de la pacienţi cu boala Lou Gehrig, şi le-a diferenţiat în neuroni, iar ce e uimitor e că şi aceşti neuroni au semne ale bolii. Cu asemenea modele de boli ne putem apăra mai rapid decât oricând şi putem înţelege boala mai bine şi putem descoperi medicamente mai repede. Alt exemplu de celule stem specifice unui pacient pe care le-am creat de la cineva cu retinită pigmentară. E o degenerare a retinei. E o boală ereditară şi sperăm că celule de acest fel să ne ajute să-i găsim tratamentul.
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.
Unii cred că aceste modele sună bine şi ne întreabă dacă sunt la fel de bune ca şi şobolanii. Şobolanii constituie un organism întreg, cu reţele şi organe interactive. Un medicament pentru inimă ar putea fi metabolizat în ficat, iar unii produşi secundari ar putea fi depozitați în ţesutul adipos. Nu vă lipsesc aceste aspecte la ţesuturile obţinute în laborator. Ei bine, asta-i o altă tendință în domeniu. Combinând tehnicile de inginerie tisulară cu microfluidica, domeniul abia emerge acum, un model al întregului ecosistem al corpului, întregit cu multiple sisteme de organe cu care să se poată testa cum un medicament pe care l-ai lua pentru tensiune ţi-ar afecta ficatul sau cum un antidepresiv ţi-ar afecta inima. Aceste sisteme sunt greu de făcut, dar începem să ne apropiem, aşa că fiţi pe fază.
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.
Asta nu e tot, odată ce un medicament e aprobat, tehnicile de inginerie tisulară ne pot ajuta să creăm tratamente personalizate. E un exemplu care v-ar putea interesa într-o zi, deşi sper să nu fie nevoie. Imaginaţi-vă că primiţi acel telefon care vă dă vestea proastă că s-ar putea să aveţi cancer. N-aţi vrea ca medicamentele prescrise vouă, împotriva cancerului, chiar vor avea efect pe tipul vostru de cancer? Un exemplu din laboratorul lui Karen Burg, în care ei folosesc tehnologia inkjet ca să tipărească celule canceroase mamare şi să le studieze evoluţia pe parcursul tratamentelor. Colegi de la Tufts combină modele din acestea cu ţesut osos creat pentru a vedea în ce mod cancerul se întinde de la o parte la alta a corpului, şi vă puteţi imagina acele cipuri multitisulare ca fiind generaţia următoare acestor tipuri de studii.
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)
Putem anticipa că modelele discutate, obţinute prin inginerie tisulară, au rolul de a revoluţiona monitorizarea medicamentelor la fiecare pas: modele de boli pentru o mai bună structură farmacologică, modele masive de ţesut uman pentru revoluţionarea testelor de laborator, reducerea testelor pe animale şi a celor clinice, terapii individualizate care răstoarnă ceea ce până acum abia consideram a fi o nevoie medicală. De fapt, accelerăm serios feedback-ul dintre crearea unei molecule şi studierea modului în care ea acţionează în corpul uman. Procesul prin care facem asta constă în transformarea biotehnologiei şi a farmacologiei în tehnologia informaţiei, ajutându-ne să descoperim şi să evaluăm medicamentele mai repede, mai ieftin şi mai eficace. Dă o nouă însemnătate modelelor în comparație cu testarea pe animale, nu-i aşa? Vă mulţumesc. (Aplauze)