TED日本語 - ニナ・タンダン: 再生医学でオーダーメイド医療が実現する?

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TED日本語 - ニナ・タンダン: 再生医学でオーダーメイド医療が実現する?

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再生医学でオーダーメイド医療が実現する?
Could tissue engineering mean personalized medicine?
ニナ・タンダン
Nina Tandon

内容

我々の体はそれぞれ完全に唯一無二です。それは素晴らしいことなのですが、病気を治療するとなると話は別です。体は標準的な治療に対してそれぞれ違った、しばしば予想外の反応を示します。再生医学者ニナ・タンダンは解決案について話します。多能性幹細胞(iPS細胞)を用いて各個人の体内器官のモデルをチップ上に構築し、新薬や治療法の実験を行うのです(究極のオーダーメイド医療とでも呼びましょう)

Script

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)

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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)

私が仕事で携わるモデル達の ビデオをお見せしたいと思います 理想的なサイズで脂肪なんて全くついていません とても美しいでしょう? 科学実験のモデルなんですが(笑)

ご想像の通り 私は再生医学者で これは私が研究室で作った 拍動する心臓のビデオです いつの日かこれらの組織が 人体の代替パーツとなるよう期待されています しかし今日お話しするのは これらの組織の研究モデルとしての有用性です

創薬過程についてちょっと考えてみましょう 薬を合成するところから始めてラボでの実験 動物実験を経て 人体実験ともいわれる治験を行い その後 ようやく薬が市場へ出回ります 金銭的にも時間的にも大きなコストがかかります 薬が市場に出回ったとしても 時には 予想外の副作用を引き起こし人々に害を与えることもあります 副作用に気付くのが遅くなるほど 被害は大きくなります

全ては2つの問題点に集約されます1つ目はヒトとラットとの違い そして2つ目はほぼ同じ ヒト同士でも 僅かな個体差が 薬の代謝や作用に 大きく影響するということです

もし ラットよりもヒトに近い上 ヒトの多様性も再現できるような 優れたモデルが研究に使えたらどうでしょう? 再生医学がそれを可能にすることをご覧に入れましょう

ここでキーとなる重要な技術の1つに 人工多能性幹細胞と呼ばれるものがあります ごく最近 日本で開発されました iPS細胞は ES細胞にとてもよく似ていますが 倫理的に問題無い点が異なります 人工的に誘導して作る細胞です例えば皮膚細胞に 数種の遺伝子を導入し 培養して作るわけです iPS細胞は言ってみれば 皮膚細胞に細工をして 細胞の記憶喪失のように胚状態にしたものなのです そのため倫理的に問題ないのが1つ目の長所です 2つ目の長所は 自分の細胞を使って 脳 心臓 肝臓など どんな組織でも つくることができる点です 自分の心臓でも脳でもチップ上でモデルを つくることができるのです

密度や挙動が予想可能な組織生成の技術が モデルを創薬に応用するための もう一つの 欠かせない鍵となります これは我々が開発中のバイオリアクターの設計図で 様々な規模で モジュール的に組織を作れるようにするものです 将来的にはこれを大規模に並列化し 人間の組織が同時に何千と作れれば チップ上で治験を行うようなものになるでしょう

更にiPS細胞ではこんなことも可能です 例えば皮膚細胞を 遺伝性疾患をもつ人から採取し それを元に組織を作れば 再生医学の技術を用いて ラボ内で病気のモデルを生成することができます ハーバード大のケビン・エガン研究室での例ですが 筋萎縮性側索硬化症 (ALS) の患者から iPS細胞をつくり ニューロンを生成しました iPS細胞をニューロンに分化させてみると 驚いた事に このニューロンもALSの症状を発症したのです このような疾患モデルを用いれば かつてない速さで病気を食い止め より深く病気を理解することができ薬もずっと簡単に見つかるでしょう これは患者固有の幹細胞を使った別の例で 網膜色素変性の患者からつくられたものです これは網膜が衰える病気で 私の家系にもこの病気が遺伝しているので iPS細胞による治療法の発見を願っています

これらのモデルは一見良さそうですが ラット同等の有用性があるのか疑問に思う人もいるかもしれません 本質的に ラットは相互作用しあう器官のネットワークを持つ 完全な生物体です 心臓の薬が肝臓で代謝されたり 副産物が脂肪に蓄積される可能性があります 再生医学によるモデルを使う実験ではこれらを見落とすのではないでしょうか? 最近の傾向として 再生医学技術とマイクロ流体学を融合させることが 主流になりつつあります つまり 複数の器官システムを持った 完全な生体全体を再現するモデルを用いて 血圧の薬の肝臓への影響や 抗鬱薬の心臓への影響を実験するのです このようなシステム構築は実に困難ですが実現可能になりつつあるので 見ていてください

しかしこれで全てではありませんなぜなら薬の承認後も 再生医学技術はオーダーメイド治療の開発に役立つからです これは皆さんが将来興味をを持つ例かもしれません そうならないよう願いますが 医者から電話で悪い知らせを告げられ ガンの疑いがあるなんてことになったとします 抗がん剤が自分のガンに効くかどうか 飲む前に実験で試してみたくありませんか? これはカレン・バーグ研究室の例で インクジェット技術を利用して乳ガン細胞を印刷し ガンの進行と治療について研究したものです タフツ大学ではこのようなモデルを 再生された骨と混ぜ合わせてガンが体内のある部位から 別の部位にどのように広がるのか実験しています このような複数の組織からなるチップが この類の研究の次世代を担うことでしょう

このようなモデルについて考えると 再生医学は将来的には 創薬の各ステップに革命を起こす準備が できていることがお分かり頂けるでしょう 薬物開発に貢献する疾患モデル作成や 研究に革命をもたらす大規模に並列化されたヒト組織モデルは 臨床試験において動物実験や人体実験を減らします またオーダーメイド医療など 考えられなかった市場まで覆します 本質的には 分子の合成と 人体における作用を研究する過程の間で フィードバックを劇的に高速化しているのです 我々がこれを行うプロセスは 本質的には 生物工学や薬学を情報技術へと変え 新薬の発見や評価を 速く 安く 効率的に済ませられるようにしているのです 動物実験に対して モデルならではの優位性がお分かりいただけると思います ありがとうございました (拍手)

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品詞分類

  • 主語
  • 動詞
  • 助動詞
  • 準動詞
  • 関係詞等

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