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)
Я хотела бы показать вам видеозапись некоторых моделей, с которыми я работаю. Они все идеального размера и не имеют ни грамма жира. Я уже сказала, что они великолепны? И что это научные модели? (Смех)
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.
Как вы, наверное, догадались, я тканевый инженер, и это видеозапись биений ткани сердца, созданной мною в лаборатории. Мы надеемся, что однажды такие ткани смогут служить в качестве запасных частей для человеческого организма. А сегодня я расскажу вам о том, как из этих тканей получаются фантастические модели.
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.
Возьмём, например, процесс тестирования лекарств. Он включает разработку лекарства, тестирование в лаборатории, испытание на животных и, наконец, клинические исследования, или испытания с участием людей, прежде чем лекарство выходит на рынок. Это долго и дорого, а иногда уже после того, как лекарство выпущено на рынок, у него выявляются непредвиденные эффекты, и оказывается, что оно причиняет вред. Причём чем позже это выясняется, тем хуже последствия.
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.
Всё это сводится к двум аспектам. Во-первых, люди очень отличаются от крыс, а во-вторых, несмотря на невероятное сходство людей друг с другом, имеющиеся между нами небольшие различия очень сильно влияют на то, как мы усваиваем лекарства, и какое действие они на нас оказывают.
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.
Было бы здорово иметь лабораторные модели, похожие на нас больше, чем крысы, и в то же время отражающие наши различия. Давайте посмотрим, как нам в этом может помочь тканевая инженерия.
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.
Одна из ключевых используемых здесь технологий, действительно важных — это индуцированные плюрипотентные стволовые клетки. Они были разработаны в Японии довольно недавно. Итак, индуцированные плюрипотентные стволовые клетки. Они во многом похожи на эмбриональные стволовые клетки, но не являются объектом полемики. Мы индуцируем клетки, скажем, клетки кожи, введя в них несколько генов, культивируем их и затем собираем. Эти клетки кожи можно обмануть и ввести в эмбриональное состояние, что-то вроде потери клеточной памяти. Во-первых, с такими клетками нет этических проблем. Во-вторых, из них можно вырастить любые ткани: ткань головного мозга, сердца, печени. Понимаете? Всё это из одних и тех же клеток. Так что можно сделать модель сердца или мозга конкретного человека на чипе.
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.
Сейчас мы работаем над созданием тканей с прогнозируемой плотностью и поведением, что позволит использовать их для тестирования лекарств. А это схема биореактора, разрабатываемого в нашей лаборатории для того, чтобы при создании тканей иметь большую гибкость. Представьте аналогичную версию в широком масштабе, с тысячами образцов человеческих тканей. Это будет подобно проведению клинических исследований на чипе.
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.
Ещё один момент, связанный с индуцированными плюрипотентными стволовыми клетками: если взять, например, клетки кожи у людей с наследственным заболеванием и создать из них ткани, то можно использовать технологии тканевой инженерии для создания моделей этих заболеваний в лаборатории. Вот пример из лаборатории Кевина Эггана в Гарварде. Он создал нейроны из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, взятых у пациентов с боковым амиотрофическим склерозом, и затем разделил их на нейроны; удивительно, что эти нейроны также проявляли симптомы болезни. Так что с такими моделями мы можем бороться с болезнями быстрее и понимать их лучше, чем когда-либо раньше, и, возможно, быстрее находить от них лекарства. Вот ещё пример стволовых клеток, созданных из клеток пациента, страдающего пигментным ретинитом — дегенерацией сетчатки. Эта болезнь наследуется в моей семье, и мы очень надеемся, что подобные клетки помогут найти лекарство.
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.
Итак, эти модели прекрасно работают, но действительно ли они не хуже крыс? Ведь крыса — это целый организм со взаимодействующими органами. Лекарство для сердца может метаболизироваться в печени, а продукты его обмена храниться в жировой ткани. Не упускаем ли мы всё это с тканеинженерными моделями? На самом деле, в данной области есть ещё одна тенденция. Объединяя технологии тканевой инженерии с микрофлюидикой, она развивается в направлении создания модели целого организма со множественными системами органов, чтобы можно было проверить, как лекарство от повышенного артериального давления действует на печень, или как антидепрессанты влияют на сердце. Такие системы очень трудно создать, но мы только начинаем их разрабатывать, так что следите за новостями.
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.
Но и это ещё не всё, потому что после того, как лекарство одобрено, тканевая инженерия может реально помочь в разработке индивидуализированного лечения. Приведу пример, который может случиться с каждым, но надеюсь, что с вами этого никогда не произойдёт. Представьте, что человеку сообщают ужасную новость: у него рак. В таком случае лучше сначала смоделировать, как будут работать лекарства от рака у этого конкретного человека, прежде чем принимать их. Это пример из лаборатории Кэрен Бёрг, где используются струйные технологии для биопечати клеток рака молочной железы, изучения его прогрессирования и лечения. А наши коллеги из университета Тафтса сочетают такие модели с тканеинженерными костями для изучения того, как рак распространяется по организму. Подобные мультитканевые чипы будут следующим этапом таких исследований.
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)
Представив модели, которые мы только что обсуждали, понятно, что в будущем тканевая инженерия позволит полностью изменить процесс тестирования лекарств на каждом его этапе: создание моделей болезней для быстрого подбора состава лекарств, широкое использование моделей человеческих тканей для тестирования в лаборатории, уменьшение испытаний на животных и клинических исследований с участием человека, в также индивидуализированное лечение коренным образом изменят рынок лекарств. По сути дела мы сильно ускоряем обратную связь между созданием нового соединения и пониманием того, как оно действует на человеческий организм. И этот процесс фактически преобразует биотехнологию и фармакологию в информационную технологию, помогая нам обнаруживать и оценивать лекарства быстрее, дешевле и эффективнее. И в этом преимущество тканевых моделей над экспериментами на животных, не правда ли? Спасибо. (Аплодисменты)