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)
Tôi muốn cho các bạn xem video về một vài "người mẫu" mà tôi làm việc với (họ). Tất cả họ đều có vóc dáng hoàn hảo và không có một chút mỡ thừa nào. Tôi đã nói là họ rất tuyệt vời chưa nhỉ? Và "họ" là các mẫu khoa học? (Cười)
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.
Như các bạn có thể đã đoán được, tôi là một kĩ sư mô, và đây là video về trái tim đang đập mà tôi đã lắp đặt trong phòng thí nghiệm. Một ngày nào đó chúng tôi hy vọng các mô này có thể đảm đương như là các bộ phận thay thế cho cơ thể con người. Nhưng điều tôi sắp nói với các bạn ngày hôm nay là làm thế nào những mô này tạo thành những hình mẫu tuyệt vời.
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.
Nào, hãy nghĩ về quá trình kiểm nghiệm thuốc một chút. Từ lúc được lên công thức, thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, trên động vật, và rồi thử nghiệm lâm sàng, hay cũng có thể gọi là thử nghiệm trên người, trước khi được đưa ra thị trường. Quá trình này tiêu tốn rất nhiều tiền bạc, rất nhiều thời gian, và thỉnh thoảng, thậm chí khi thuốc đã ra thị trường, chúng phản ứng theo cách không lường trước được và thực sự làm tổn thương con người. Và chúng càng (thể hiện) thất bại trễ, hậu quả càng tệ.
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.
Tất cả gói gọn trong 2 vấn đề. Một, con người không phải là chuột, và hai, bất chấp sự tương đồng kì diệu giữa chúng ta với người khác, thực sự những điểm khác biệt nhỏ giữa bạn và tôi có những tác động cực kì lớn đến cách chúng ta chuyển hóa thuốc và cách thức những thuốc này tác động đến chúng ta.
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.
Vậy giả như chúng ta có những mẫu tốt hơn trong phòng thí nghiệm không chỉ mô phỏng chúng ta tốt hơn chuột mà còn thực sự phản ánh sự đa dạng của chúng ta? Hãy xem làm thế nào chúng ta có thể làm điều đó với kĩ thuật mô.
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.
Một trong những công nghệ then chốt thực sự quan trọng được gọi là tế bào gốc đa năng cảm (đã được chuyển đổi - ND) Chúng được phát triển ở Nhật Bản khá gần đây. Đây, tế bào gốc đa năng cảm. Chúng khá giống với tế bào gốc phôi ngoại trừ việc chúng không gây tranh cãi. Chúng ta chuyển hóa tế bào, giả dụ, tế bào da, bằng cách thêm vào một số gen, nuôi cấy chúng, và rồi chúng ta thu hoạch chúng. Vậy chúng là tế bào da mà có thể được dẫn dụ, dạng như tế bào của chứng hay quên, vào trạng thái phôi. Vậy là không (gây) tranh cãi, đó là điều hay thứ nhất. Điều hay thứ hai, bạn có thể trồng bất kì dạng mô nào từ chúng: não, tim, gan; bạn hiểu rồi đấy, nhưng là từ tế bào của chính bạn. Vậy là chúng ta có thể tạo ra mẫu của tim hay não bạn trên một con chíp.
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.
Việc tạo ra các mô có mật độ và hành vi có thể dự đoán trước là mảnh thứ hai, và nó thực sự là chìa khóa hướng tới việc sử dụng những mẫu này để thử thuốc. Và đây là kịch bản của phản ứng sinh học chúng tôi đang phát triển trong phòng thí nghiệm của mình để giúp các mô cấy theo một phương pháp "mô-đun" hơn, tỉ lệ hơn. Tiếp tục, tưởng tượng một khối lượng lớn các phiên bản song song của chúng với hàng ngàn mô người. Điều này giống như có một thử nghiệm lâm sàng trên một con chíp.
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.
Nhưng một chuyện khác về những tế bào gốc đa năng cảm. là nếu chúng ta lấy một vài tế bào da, giả dụ, từ một người mắc bệnh di truyền và chúng ta lấy mô từ họ, chúng ta có thể thực sự sử dụng kĩ thuật mô để tạo ra các mô hình về các bệnh này trong phòng thí nghiệm. Đây là một ví dụ từ phòng thí nghiệm của Kevin Eggan ở Havard. Ông ta tạo các tế bào não từ những tế bào gốc đa năng cảm này từ các bệnh nhân bị bệnh Lou Gehrig, và ông ta phân tách chúng thành tế bào não, và điều kì diệu là những tế bào não này cũng chỉ các triệu chứng của bệnh trên. Vậy là với mô hình bệnh như vậy, chúng ta có thể chiến đấu lại nhanh hơn trước đây, và hiểu về bệnh tật tốt hơn so với trước kia, và có lẽ thậm chí tìm ra thuốc nhanh hơn. Đây là một ví dụ khác về các tế bào gốc bệnh đặc trị được cấy từ một người bị bệnh viêm võng mạc sắc tố. Đây là sự thoái hóa (của) võng mạc Nó là căn bệnh có trong gia đình tôi, và chúng tôi thực sự hy vọng rằng những tế bào như vậy có thể giúp chúng tôi tìm ra cách chữa trị.
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.
Thế nên vài người nghĩ là những mô hình này nghe có vẻ hay và tốt, nhưng lại hỏi "Chà, liệu chúng có thực sự tốt như là lũ chuột không?" Sau cùng thì, lũ chuột là cả một cơ thể sống với hệ thống các cơ quan tương tác. Thuốc trị tim có thể được chuyển hóa trong gan, và một số sản phẩm phụ có thể bị lưu trữ trong mỡ. Liệu bạn có thiếu sót tất cả những điều đó với những mẫu mô cấy này? Vâng, đây là một xu hướng khác trong lĩnh vực này. Bằng cách kết hợp các kĩ thuật mô với vi dịch, lĩnh vực này đang thực sự phát triển theo hướng đó, một mô hình của toàn bộ hệ sinh thái của cơ thể, hoàn chỉnh với các hệ thống cơ quan đa chức năng để có thể kiểm tra liệu thuốc chữa huyết áp mà bạn dùng có thể gây ảnh hưởng thế nào đến gan hoặc thuốc chống trầm cảm có thể ảnh hưởng đến tim của bạn. Những hệ thống này rất khó để xây dựng, nhưng chúng ta chỉ mới bắt đầu để tiến dần đến chúng, vậy nên, để xem sao.
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.
Nhưng điều đó cũng không phải là tất cả, vì một khi thuốc đã được chấp nhận, các kĩ thuật cấy mô có thể thực sự giúp chúng ta phát triển các cách chữa trị được cá nhân hóa hơn. Đây là ví dụ mà một ngày nào đó bạn có thể quan tâm đến, và tôi hy vọng bạn sẽ không bao giờ cần quan tâm, vì hãy tưởng tượng rằng nếu bạn nhận được một cuộc gọi báo cho bạn tin xấu là bạn có thể bị ung thư. Bạn có sẵn lòng kiểm tra để thấy liệu những loại thuốc trị ung thư mà bạn sắp này dùng có hiệu quả cho căn bệnh ung thư của bạn? Đây là một ví dụ từ phòng thí nghiệm của Karen Burg, nơi họ dùng công nghệ inkjet để in các tế bào ung thư vú và nghiên cứu sự phát triển và chữa trị chúng. Và một vài đồng nghiệp của chúng tôi ở Tufts đang pha trộn các hình mẫu giống những cái này với các xương mô-cấy để hiểu làm thế nào ung thư có thể phát tán từ một phần cơ thể đến các phần khác, và bạn có thể tưởng tượng những dạng chíp đa-mô này sẽ là những thế hệ tiếp theo của những dạng nghiên cứu này.
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)
Cũng như nghĩ về những mô hình mà chúng ta vừa thảo luận, bạn có thể thấy, tiến triển lên, rằng kĩ thuật mô thực sự sẵn sàng để giúp tái cải tiến quy trình kiểm duyệt thuốc tại mỗi bước trong tiến trình: các mô hình bệnh được làm để có công thức thuốc tốt hơn, việc song hóa hàng loạt các mẫu mô người giúp cho tái cải tiến kiểm chứng trong phòng thí nghiệm, giảm thiểu kiểm chứng trên động vật và các thử nghiêm lâm sàng trên người, và các liệu pháp chữa trị riêng biệt làm gián đoạn những thứ mà thậm chí chúng ta xem là thị trường. Một cách cần thiết, chúng ta đang tăng tốc một cách mạnh mẽ phản hồi giữa việc phát triển một phân từ và việc tìm hiểu về cách nó hoạt động trong cơ thể người. Quy trình để làm việc này của chúng ta cốt yếu là chuyển hóa giữa công nghệ sinh học và dược học thành công nghệ thông tin giúp chúng ta khám phá và đánh giá thuốc nhanh hơn, rẻ hơn và hiệu quả hơn. Điều đó mang lại ý nghĩa mới cho các mẫu chống lại việc thử nghiệm trên động vật, đúng không? Cảm ơn các bạn. (vỗ tay)