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)
Хочу вам показати відео деяких моделей, з якими я працюю. Вони всі мають ідеальні розміри і не мають ані грама жиру. Я вже казала, що вони дивовижні? І всі вони - науково-дослідницькі моделі. (Сміється)
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.
Як ви вже мабуть здогадалися, я займаюсь вирощуванням органів, і це відео серця, яке б'ється, яке я виростила у лабораторії. І ми сподіваємося, що одного дня ці тканини використовуватимуться для заміни частин людського тіла. Але сьогодні я вам розповім про те, які чудові моделі виходять із цих тканин.
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.
Давайте на хвильку подумаємо про процес скрінінгу ліків. Розпочинається все з технології приготування лікувального засобу, лабораторного тестування, тестування на тваринах далі клінічні випробування, які можна називати тестуваннями на людях, і потім ліки надходять у продаж. Це вимагає багато грошей та часу, й іноді, навіть коли ліки з'являються на ринку, вони мають непередбачуваний ефект і шкодять людям. І чим пізніше це стається, тим гірші наслідки.
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.
Це все відбувається з двох причин. По-перше, люди - це не пацюки, а по-друге, попри нашу дивовижну схожість, маленькі відмінності між мною і вами мають великий вплив на те, як ми засвоюємо ліки і як вони на нас діють.
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.
Що було б, якби ми мали кращі моделі у лабораторіях, які були б не лише схожі на нас, як пацюки, але також відображали наші відмінності? Давайте поглянемо, як таке можна зробити за допомогою технології вирощування тканин.
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.
Однією із ключових і дуже важливих технологій є, як їх називають, стимульовані плюрипотентні стовбурові клітини. Їх досить нещодавно винайшли в Японії. Тож істимульовані плюрипотентні стовбурові клітини... Вони дуже схожі на стовбурові клітини ембріонів, за винятком розбіжності. Ми стимулюємо клітини, наприклад, клітини шкіри, додаючи до них кілька генів, культивуємо їх, а потім збираємо. Тож це клитини шкіри, які можна привести в ембріональний стан, щось схоже до клітинної амнезії. Отож, відсутність розбіжності - це перевага номер один. Перевага номер два - з них можна виростити будь-який тип тканини: мозку, серця, печінки, ми отримуємо кілнічну картину, але за межама вашої тканини. Тож, ми можемо отримати модель вашого серця, мозку на чіпі.
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.
Розробка тканин із прогнозованою щільністю та властивостями - це друга перевага, і вона буде ключовою на шляху до того, щоб пристосувати ці моделі для винаходження ліків. А це схема біореактора, який ми розробляємо в нашій лабораторії, для того щоб можна було розробляти тканини більш модульованим та шкалованим способом. Забігаючи наперед, уявіть масово-паралельну версію цього, яка б містила тисячі зразків людської тканини. Це було б все одно, що провести клінічне випробовування на чіпі.
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.
Ще однією особливістю стимульованих плюрипотентних стовбурових клітин є те, що якщо взяти клітини шкіри, наприклад, людей з генетичними хворобами, і розробити тканину з цих клітин, то можна фактично використовувати технології культивації тканин, щоб розробляти моделі цих хвороб в лабораторії. Ось приклад лабораторії Кевіна Еганса в Гарварді. Він розробив нейрони зі стимульованих плюропотентних стовбурових клітин пацієнтів, з хворобою Лу Геріга. Він видозмінив їх у нейрони, і вражаючим є те, що ці нейрони також мають симптоми цієї хвороби. Отож, з такими моделями хвороб ми можемо з ними боротися швидше, ніж коли-небудь, і розуміти ці хвороби краще, ніж коли-небудь, і можливо, навіть, швидше знайти ліки. Ось ще один приклад стовбурових клітин окремих пацієнтів, які ми виростили з клітин пацієнта з пігментною дистрофією сітківки ока. Це хвороба, яка передається генетично, і ми дуже сподіваємося, що такі клітини допоможуть нам знайти ліки.
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.
Тож, дехто вважає, що ці моделі здаються хорошими, але запитує: "А вони справді настільки хороші, як пацюки?" Зрештою, пацюк - це цілий організм, у якого є взаємодіючі органи. Ліки для серця можуть засвоюватися печінкою, а деякі побічні продукти залишаються в жирові. Хіба це все не упускається під час використання цих моделей з розроблених тканин? Що ж, це ще одна тенденція у цій галузі. Поєднуючи технології культивації тканин із мікрогідродинамікою сфера фактично розвивається в тому напрямку, коли модель цілої екосистеми тіла, разом із різноманітними системами органів, можна було перевірити на те, як ліки для зниження тиску впливають на вашу печінку, чи антидепресант - на серце. Ці системи дуже важко побудувати, але ми зараз намагаємося це зробити, тож пильнуйте.
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.
Але це ще не все, адже як тільки ліки затверджують, технології культивації тканин можуть допомогти розробляти більш індивідуальні ліки. Наведу приклад, який може вас колись зацікавити, але я сподіваюся, що цього не станеться, адже уявіть, що коли-небудь вам зателефонують і повідомлять погану звістку про те, що у вас може бути рак. Хіба б ви не протестували ліки від раку,які прийматимите, щоб побачити, чи вони діють? Ось приклад з лабораторії Карен Берг, де працівники вони використовують струминні технології, щоб надрукувати клітини раку молочної залози і вивчати їх розвиток і лікування. І деякі наші колеги в Тафтс поєднують такі моделі з кістками із культивованих тканин, щоб подивитися, як рак може поширюватися з однієї частини тіла на іншу, і можете собі уявити, що такі мультитканинні чіпи будуть наступним поколінням таких досліджень.
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)
Отож, беручи до уваги моделі, про які ми щойно говорили, можна побачити, забігаючи наперед, що культивація тканин фактично стане революцією в тестуванні ліків на кожному кроці процесу: моделювання хвороб для кращої розробки ліків, масово-паралельні моделі людських тканин, які допомагатимуть змінити тестування в лабораторіях, зменшуть тестування на тваринах та людях під час клінічних випробувань, і індивідуалізують лікування, які підривають те, що ми вважаємо ринком. По суті, ми значно пришвидшуємо появу результатів від розробки молекули та дослідження її поведінки в людському тілі. Те, чим ми займаємося, по суті, перетворює біотехнологію і фармакологію в інформаційну технологію, що допомагає нам відкривати і визначати якість ліків швидше, дешевше і ефективніше. Все це надає більшого значення моделям у порівнянні з тестуванням на тваринах, чи не так? Дякую. (Оплески)