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)
Sizlere çalıştığım modellerden bazılarının videosunu göstermek istiyorum. Hepsi de mükemmel bir şekle sahip ve hiçbiri de birazcık bile yağ barındırmıyor. Harikulade olduklarından bahsetmiş miydim? Ve de bilimsel model olduklarından? (Kahkahalar)
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.
Tahmin etmiş olabileceğiniz gibi, ben bir doku mühendisiyim ve bu da atan bir kalbin laboratuvarda tasarladığım bir kısmının videosu. Ve bir gün bu dokuların insan vücudunda yedek parça olarak kullanılabilmesini umuyoruz. Ama bugün size anlatacağım şey, bu dokuların nasıl harika model oldukları.
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.
Pekala, bir süre için ilaç tarama işlemini düşünelim. İlaçlar piyasa sürülmeden önce, ilaç formülasyonundan laboratuvar testine, hayvan testine ve daha sonra insan testi de diyebileceğiniz klinik denemelere maruz kalırlar. Bu çok fazla paraya ve çok fazla zamana mal olur ve bazen, bir ilaç piyasaya sürüldüğünde bile, tahmin edilemez bir yön çizer ve insanlara zarar verir. Ve daha sonra sonuçları kötü, başarısız olur.
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.
Hepsi özünde iki konuya indirgenir. Bir, insanlar deney faresi değildir ve iki, her ne kadar birbirimizle inanılmaz benzerliklere sahipsek de, aslında seninle benim aramdaki o küçük farklılıklar ilaçları metabolize edişimiz ve ilaçların bizi etkileyişi üzerine büyük etkiler yaratır.
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.
Peki ya laboratuvarlarımızda bize deney farelerinden daha çok benzemekle kalmayıp, çeşitliliklerimizi de yansıtan daha iyi modellerimiz olsaydı? Doku mühendisliğiyle bunu nasıl yapabileceğimizi görelim.
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.
Gerçekten önemli olan kilit teknolojilerden biri indüklenmiş pluripotent kök hücreleri. Yakın zamanda Japonya'da geliştirildiler. Tamam, indüklenmiş pluripotent kök hücreleri. Tartışmasız olarak bu hücreler, embriyonik kök hücrelerine çok benziyorlar. Hücreleri, peki, diyelim ki, deri hücrelerini, onlara biraz gen ekleyerek, onları üreterek, ve sonra hasat ederek indüklüyoruz. Yani bunlar, hücresel amnezi gibi bir şekilde, embriyonik bir duruma getirilebilen deri hücreleri. Yani tartışmasız bir şekilde bu, bir numaralı harika şey. İki numaralı harika şey, bunlardan herhangi bir dokuyu üretebilirsiniz: beyin, kalp, karaciğer, siz seçin, ama kendi hücrelerinizden. Yani bir çip üzerinde kalbinizin, beyninizin birer modelini yapabiliyoruz.
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.
Öngörülebilir yoğunlukta ve davranışta dokular üretmek burada ikinci konu, ve bu modellerin ilaç keşiflerinde benimsenmelerinde gerçekten de kilit nokta olacak. Ve bu, laboratuvarımızda geliştirdiğimiz, dokuları daha modüler, daha ölçeklenebilir bir biçimde üretmemize yardımcı olan bir biyolojik reaktörün şematiği. Daha ileri gidelim, bunun binlerce insan dokusu parçasıyla oluşabilecek tek parça paralel bir versiyonunu hayal eden. Bu bir çip üzerinde klinik bir araştırma yapmak gibi olurdu.
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.
Ama bu indüklenmiş pluripotent kök hücreleriyle alakalı diğer bir şey eğer genetik bir hastalığa sahip insanlardan, diyelim ki, bazı deri hücrelerini alırsak, ve bunlardan doku üretirsek, doku üretim tekniklerini, bu hastalık modellerini laboratuvarda üretmek için kullanabiliriz. İşte Harvard'daki Kevin Eggan'ın laboratuvarından bir örnek. Lou Gehrig hastalığına sahip hastaların indüklenmiş pluripotent kök hücrelerinden nöronlar üretti ve bunları nöronlara ayrıştırdı ve burdaki hayret verici olay, bu nöronların da hastalığın semptomlarını gösteriyor olması. Yani bunun gibi hastalık modelleriyle, hastalıklara her zamankinden daha hızlı karşı koyabilir, hastalığı çok daha iyi anlayabilir ve belki de ilaç keşfini çok daha hızlandırabiliriz. Bu da gece körlüğüne sahip birinden üretilen, hastaya özgü kök hücrelerinin bir başka örneği. Bu, retinanın bir dejenerasyonu. Bu, ailemden gelen bir hastalık ve gerçekten bu gibi hücrelerin bir tedavi bulunmasında yardımcı olabileceğini umuyoruz.
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.
Kimi insanlar bu modellerin iyi hoş olduğunu düşünüp bir yandan "Pekala, bunlar gerçekten deney fareleri kadar iyi mi?" diye de sorabilir. Sonuçta deney faresi, tüm organlarının içinde olduğu komple bir organizma. Kalp için bir ilaç karaciğerde metabolize edilebilir ve yan ürünlerin bir kısmı yağ içerisinde saklanabilir. Doku üzerinden üretilen modellerle tüm bunları kaçırmıyor musunuz? Bu da bu alanın ayrı bir gidişat yönü. Doku mühendisliği teknikleriyle mikroakışkanları birleştirerek, bu alan aslında vücudun bütün organ sistemleri ile birlikte tüm ekosistemini kullanarak, kan basıncınız için aldığınız bir ilacın karaciğerinizi nasıl etkileyebileceğini ya da bir antidepresanın kalbinizi nasıl etkileyebileceğini test edebilen bir model geliştirmeye doğru gidiyor. Böyle sistemleri kurabilmek gerçekten çok zor, ama o noktaya ulaşabilmeye henüz başladık, yani, dikkatle izleyin.
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.
Ama bunlar hepsi de değil, çünkü bir ilaç onaylandığında, doku mühendisliği teknikleri, daha da kişiselleştirilmiş tedaviler geliştirmemizde yardımcı olabilir. Bu, belki bir gün önemseyebileceğiniz bir örnek, ama umarım böyle bir şeyle karşılaşmazsınız, çünkü, bir gün size kanser olduğunuzu haber veren bir telefon aldığınızı hayal edin. Bundan sonra alacağınız kanser ilaçlarının, sizin kanseriniz üzerinde etkili olup olmadığını test etmek istemez miydiniz? Bu, Karen Burg'ün laboratuvarından bir örnek, göğüs kanseri hücrelerinin izini basmak için mürekkep püskürtme teknolojileri kullanıyorlar ve kanserin ilerlemesi ve tedavisi üzerine çalışıyorlar. Ve Tufts'taki bazı meslektaşlarımız bunun gibi modelleri dokudan üretilmiş kemikle harmanlayarak kanserin vücudun bir parçasından bir sonrakine nasıl yayıldığını izliyorlar ve bu tip çoklu-doku çiplerinin, bu tarz çalışmaların gelecek nesli olacağını düşünebilirsiniz.
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)
Az önce konuştuğumuz modelleri düşünecek olursak, doku mühendisliğinin, ilerleyerek, her bir aşamada ilaç taramayı kökten değiştirmeye yardım etmeye hazır olduğunu görebilirsiniz: hastalık modelleri daha iyi ilaç formülasyonları yapmada, çok büyük ölçekte paralel insan doku modelleri laboratuvar testinde devrim yapmada, klinik denemelerde hayvan ve instan testlerini azaltmada ve bir pazar olarak bile gördüğümüz şeyi engelleyen bireyselleşmiş terapilerde. Aslen, bir molekülü geliştirme ve bu molekülün insan vücudunda nasıl davrandığını öğrenme arasındaki bilgi akışını önemli ölçüde hızlandırıyoruz. Bunu gerçekleştirmek için bizim yaptığımız aslında biyoteknoloji ve farmakolojiyi, bir bilişim teknolojisine dönüştürerek, ilaçları daha hızlı, daha ucuz ve daha etkili bir biçimde keşfedip değerlendirmemizi sağlamak. Bu da hayvan testlerinin karşılığı olan bu modellere yeni anlamlar yüklüyor, öyle değil mi? Teşekkür ederim. (Alkışlar)