Molly Stevens: A new way to grow bone

Traducător: Alexandra Stanciu Corector: Ariana Bleau Lugo

As humans, it's in our nature

Este în natura umană să dorim

to want to improve our health and minimize our suffering.

să ne îmbunătățim sănătatea și să minimizăm suferința,

Whatever life throws at us,

orice ni s-ar întâmpla în viață,

whether it's cancer, diabetes, heart disease,

cancer, diabet, boală cardiacă,

or even broken bones, we want to try and get better.

sau oase fracturate, vom încerca să ne vindecăm.

Now I'm head of a biomaterials lab,

Conduc un laborator de biomateriale,

and I'm really fascinated by the way that humans

și sunt fascinată de creativitatea oamenilor

have used materials in really creative ways

în a folosi materiale

in the body over time.

pentru corpul lor, de-a lungul timpului.

Take, for example, this beautiful blue nacre shell.

De exemplu, această superbă carcasă albastră de sidef.

This was actually used by the Mayans

Era folosită de Mayani,

as an artificial tooth replacement.

ca înlocuitor artificial pentru dinți.

We're not quite sure why they did it.

Nu ne e clar de ce făceau asta.

It's hard. It's durable.

E dificil, e rezistent,

But it also had other very nice properties.

Dar are și alte proprietăți utile.

In fact, when they put it into the jawbone,

Pusă în osul maxilarului,

it could integrate into the jaw,

putea fi asimilată de către maxilar.

and we know now with very sophisticated

Știm în prezent cu ajutorul

imaging technologies

unor tehnologii sofisticatede imagistică

that part of that integration comes from the fact

că asimilarea e posibilă

that this material is designed

deoarece materialul e fabricat

in a very specific way, has a beautiful chemistry,

cu minuțiozitate, are o compoziție uimitoare,

has a beautiful architecture.

și o alcătuire superbă.

And I think in many ways we can sort of think

Putem considera că

of the use of the blue nacre shell and the Mayans

utilizarea acestei carcase sidefate de către Mayani

as the first real application

a fost prima aplicație reală

of the bluetooth technology.

a tehnologiei bluetooth.

(Laughter)

(Râsete)

But if we move on and think throughout history

Dacă evaluăm de-a lungul timpului,

how people have used different materials in the body,

cei care au folosit diverse materiale pentru corpul uman

very often it's been physicians

au fost adesea medicii

that have been quite creative.

care și-au folosit creativitatea.

They've taken things off the shelf.

Au folosit materiale existente.

One of my favorite examples

Un exemplu preferat

is that of Sir Harold Ridley,

este cel al lui Sir Harold Ridley,

who was a famous ophthalmologist,

care a devenit

or at least became a famous ophthalmologist.

un oftalmolog renumit.

And during World War II, what he would see

În al 2lea Război Mondial, a observat

would be pilots coming back from their missions,

că piloții se întorceau din misiuni

and he noticed that within their eyes

și că aveau în ochi

they had shards of small bits of material

mici bucăți de material,

lodged within the eye,

înfipte în ochi,

but the very interesting thing about it

dar interesant

was that material, actually, wasn't causing

materialul nu cauza

any inflammatory response.

nicio reacție inflamatorie.

So he looked into this, and he figured out

A analizat și a descoperit

that actually that material was little shards of plastic

că erau mici cioburi de plastic

that were coming from the canopy of the Spitfires.

care săreau de pe suprafața armelor.

And this led him to propose that material

Asta l-a făcut să propună ca materialul

as a new material for intraocular lenses.

să fie folosit pentru lentile intraoculare.

It's called PMMA, and it's now used

numite PMMA și folosite

in millions of people every year

de milioane de oameni în fiecare an,

and helps in preventing cataracts.

ajutând în prevenirea cataractei.

And that example, I think, is a really nice one,

Acest exemplu e unul foarte bun

because it helps remind us that in the early days,

pentru ca ne reamintește că pe vremuri,

people often chose materials

oamenii adesea alegeau materiale

because they were bioinert.

pentru ca erau bio-inerte.

Their very purpose was to perform a mechanical function.

Scopul lor principal era o funcție mecanică.

You'd put them in the body

Le puneai în corp,

and you wouldn't get an adverse response.

și ele împiedicau reacțiile adverse.

And what I want to show you is that

Ce vreau sa vă arăt este că

in regenerative medicine,

în medicina regeneratoare,

we've really shifted away from that idea

ne-am depărtat total de ideea

of taking a bioinert material.

de a folosi materiale bio-inerte.

We're actually actively looking for materials

Acum căutam continuu materiale

that will be bioactive, that will interact with the body,

bioactive care pot interacționa cu corpul,

and that furthermore we can put in the body,

și mai mult, dacă le punem în corp,

they'll have their function,

să-și îndeplinească funcția

and then they'll dissolve away over time.

și apoi să se dizolve în timp.

If we look at this schematic,

Această schemă arată

this is showing you what we think of

cum vedem acum tipic

as the typical tissue-engineering approach.

această abordare a ingineriei de țesut.

We have cells there, typically from the patient.

Avem celule, de obicei ale pacientului.

We can put those onto a material,

Acestea pot fi puse pe un material,

and we can make that material very complex if we want to,

și putem face acel material foarte complex dacă vrem,

and we can then grow that up in the lab

crescându-l în laborator,

or we can put it straight back into the patient.

sau direct în corpul pacientului.

And this is an approach that's used all over the world,

E o abordare folosită peste tot în lume,

including in our lab.

inclusiv în laboratorul nostru.

But one of the things that's really important

Dar unul dintre aspectele importante

when we're thinking about stem cells

când vorbim despre celulele stem

is that obviously stem cells can be many different things,

e faptul că aceste celule pot lua diferite forme,

and they want to be many different things,

și pot deveni celule diferite.

and so we want to make sure that the environment

Vrem să ne asigurăm că mediul

we put them into has enough information

în care le inserăm include destule informații

so that they can become the right sort

pentru ca ele să devină tipul corect

of specialist tissue.

de țesut specializat.

And if we think about the different types of tissues

Considerând diversele tipuri de țesuturi

that people are looking at regenerating

folosite pentru regenerare

all over the world, in all the different labs in the world,

peste tot în lume și în toate laboratoarele de pe planetă,

there's pretty much every tissue you can think of.

în această categorie sunt incluse toate țesuturile imaginabile.

And actually, the structure of those tissues

De fapt, structura acestor țesuturi

is quite different, and it's going to really depend

diferă foarte mult și va depinde

on whether your patient has any underlying disease,

dacă pacientul suferă de o boală ascunsă

other conditions, in terms of how

sau alte condiții, determinând cum

you're going to regenerate your tissue,

va fi regenerat acest țesut.

and you're going to need to think about the materials

Vor trebui luate în calcul materialele

you're going to use really carefully,

care trebuie folosite cu mare atenție,

their biochemistry, their mechanics,

biochimia lor, mecanica lor,

and many other properties as well.

și multe alte proprietăți.

Our tissues all have very different abilities to regenerate,

Țesuturile noastre au toate capacități de renegerare variate,

and here we see poor Prometheus,

și aici îl avem pe bietul Prometeu,

who made a rather tricky career choice

care și-a ales o meserie riscantă,

and was punished by the Greek gods.

ajungând să fie pedepsit de zeii greci.

He was tied to a rock, and an eagle would come

A fost legat de o piatră și un vulture venea

every day to eat his liver.

zilnic să îi mănânce ficatul.

But of course his liver would regenerate every day,

Dar, evident, ficatul se regenera zilnic,

and so day after day he was punished

deci era pedepsit cu această oroare zilnică

for eternity by the gods.

de către zei pentru eternitate.

And liver will regenerate in this very nice way,

Ficatul chiar se regenerează admirabil,

but actually if we think of other tissues,

dar dacă ne gândim la alte țesuturi,

like cartilage, for example,

ca de exemplu, cartilajul,

even the simplest nick and you're going to find it

chiar o crestătură mică va face

really difficult to regenerate your cartilage.

regenerarea cartijalului dificilă.

So it's going to be very different from tissue to tissue.

Deci e diferit de la țesut la țesut.

Now, bone is somewhere in between,

Oasele sunt undeva la mijloc.

and this is one of the tissues that we work on a lot in our lab.

E unul din țesuturile la care lucrăm intens în laborator.

And bone is actually quite good at repairing.

Oasele sunt bune la capitolul reparare.

It has to be. We've probably all had fractures

Trebuie să fie. Cu toții probabil am avut fracturi

at some point or other.

la un anumit moment.

And one of the ways that you can think

Și unul din modurile în care

about repairing your fracture

este reparată o fractură,

is this procedure here, called an iliac crest harvest.

e procedura aceasta, numită recoltare din creasta iliacă.

And what the surgeon might do

Chirurgul ia o mostră

is take some bone from your iliac crest,

de os din creasta iliacă,

which is just here,

localizată aici,

and then transplant that somewhere else in the body.

și o transplantează în alt loc din corp.

And it actually works really well,

Merge foarte bine

because it's your own bone,

pentru că sunt oasele pacientului

and it's well vascularized,

și sunt bine vascularizate,

which means it's got a really good blood supply.

asigurând o alimentare cu sânge bună.

But the problem is, there's only so much you can take,

Problema e că nu poate fi extras foarte mult,

and also when you do that operation,

și de asemenea când faci o asemenea operație,

your patients might actually have significant pain

pacientul poate avea dureri mari

in that defect site even two years after the operation.

în locul grefei, și la doi ani după operație.

So what we were thinking is,

Așa că ne-am gândit,

there's a tremendous need for bone repair, of course,

considerând nevoia uriașă de țesut osos,

but this iliac crest-type approach

și știind că recoltarea din creasta iliacă

really has a lot of limitations to it,

are multe dezavantaje,

and could we perhaps recreate

că poate am reuși să recreăm

the generation of bone within the body

generarea de os în corp la cerere,

on demand and then be able to transplant it

ca apoi s-o putem transplanta

without these very, very painful aftereffects

fără efecte secundare dureroase,

that you would have with the iliac crest harvest?

ca la recoltarea din creasta iliacă?

And so this is what we did, and the way we did it

Asta am încercat

was by coming back to this typical tissue-engineering approach

abordând ingineria de țesut clasică,

but actually thinking about it rather differently.

dar gândind-o oarecum diferit.

And we simplified it a lot,

Am simplificat-o mult,

so we got rid of a lot of these steps.

am eliminat multe etape.

We got rid of the need to harvest cells from the patient,

Am eliminat recoltarea de celule de la pacient,

we got rid of the need to put in really fancy chemistries,

folosirea de compuși sofisticați,

and we got rid of the need

și am eliminat nevoia de

to culture these scaffolds in the lab.

a cultiva tipare structurale în laborator.

And what we really focused on

Ne-am axat pe materiale,

was our material system and making it quite simple,

simplificând sistemul,

but because we used it in a really clever way,

dar folosindu-l într-un mod inovator,

we were able to generate enormous amounts of bone

am reușit să generăm cantități enorme de țesut osos,

using this approach.

cu această abordare.

So we were using the body

Deci am folosit corpul

as really the catalyst to help us

pe post de catalizator

to make lots of new bone.

să creăm mult țesut osos.

And it's an approach that we call

Am numit această nouă abordare

the in vivo bioreactor, and we were able to make

'bioreactor in vivo', și am obținut astfel

enormous amounts of bone using this approach.

cantități uriașe de țesut osos.

And I'll talk you through this.

Voi explica pe etape.

So what we do is,

Iată ce am făcut:

in humans, we all have a layer of stem cells

oamenii au un strat de celule stem

on the outside of our long bones.

pe exteriorul oaselor lungi,

That layer is called the periosteum.

strat numit periost,

And that layer is actually normally

care de obicei

very, very tightly bound to the underlying bone,

e foarte strâns legat de osul de bază,

and it's got stem cells in it.

conținând celule stem.

Those stem cells are really important

Aceste celule stem sunt importante

in the embryo when it develops,

în dezvoltarea embrionului,

and they also sort of wake up if you have a fracture

și de asemenea se activează când suferim o fractură,

to help you with repairing the bone.

pentru a repara osul.

So we take that periosteum layer

Deci am luat acest strat periost,

and we developed a way to inject underneath it

și am gândit un mod de a injecta dedesubt

a liquid that then, within 30 seconds,

un lichid care, în 30 de secunde,

would turn into quite a rigid gel

se transforma într-un gel rigid,

and can actually lift the periosteum away from the bone.

care ridică și desprinde stratul periost de os.

So it creates, in essence, an artificial cavity

Astfel creează, în esență,

that is right next to both the bone

o cavitate artificială între os

but also this really rich layer of stem cells.

și acest strat bogat în celule stem.

And we go in through a pinhole incision

Apoi facem o incizie-orificiu,

so that no other cells from the body can get in,

pentru a împiedica alte celule din corp să invadeze,

and what happens is that that artificial in vivo bioreactor cavity

iar această cavitate artificială acționează ca un bioreactor in vivo,

can then lead to the proliferation of these stem cells,

proliferează aceste celule stem,

and they can form lots of new tissue,

putând forma mult țesut nou,

and then over time, you can harvest that tissue

și apoi cu timpul, acest țesut poate fi recoltat

and use it elsewhere in the body.

și folosit în altă parte a corpului.

This is a histology slide

Această imagine reprezintă histologia

of what we see when we do that,

procesului,

and essentially what we see

și în esență, vedem

is very large amounts of bone.

uriașe cantități de țesut osos.

So in this picture, you can see the middle of the leg,

În imagine vedeți centrul piciorului,

so the bone marrow,

deci măduva osoasă,

then you can see the original bone,

apoi osul original,

and you can see where that original bone finishes,

iar unde acesta se termină,

and just to the left of that is the new bone

la stânga este noul os

that's grown within that bioreactor cavity,

crescut în acea cavitate bioreactoare.

and you can actually make it even larger.

Poate fi mărită și mai mult.

And that demarcation that you can see

Delimitarea pe care o vedeți

between the original bone and the new bone

între osul original și cel nou

acts as a very slight point of weakness,

acționează ca limită de recoltare,

so actually now the surgeon can come along,

așa că acum chirurgul poate interveni

can harvest away that new bone,

și recolta acest os nou,

and the periosteum can grow back,

stratul periost putând crește din nou.

so you're left with the leg

Pacientul rămâne cu piciorul

in the same sort of state

în același stadiu

as if you hadn't operated on it in the first place.

în care ar fi fost fără operație.

So it's very, very low in terms of after-pain

deci fără dureri după operație,

compared to an iliac crest harvest.

spre deosebire de recoltarea din creasta iliacă.

And you can grow different amounts of bone

Diferite cantități de os pot fi crescute,

depending on how much gel you put in there,

în funcție de cât de mult gel e adăugat,

so it really is an on demand sort of procedure.

procedura depinzând de cererea pacientului.

Now, at the time that we did this,

La momentul când am făcut asta,

this received a lot of attention in the press,

am atras multă atenție din partea presei,

because it was a really nice way

pentru că era o modalitate elegantă

of generating new bone,

de a genera nou țesut osos,

and we got many, many contacts

și am primit multe telefoane

from different people that were interested in using this.

de la oameni interesați în a folosi această practică.

And I'm just going to tell you,

Și sincer,

sometimes those contacts are very strange,

câteodată aceste telefoane erau foarte ciudate,

slightly unexpected,

destul de neașteptate,

and the very most interesting,

și cel mai interesant

let me put it that way, contact that I had,

apelator pe care l-am avut,

was actually from a team of American footballers

a fost o echipă de fotbaliști americani

that all wanted to have double-thickness skulls

care doreau cu toții să aibă cranii de grosime dublă

made on their head.

făcute dupa modelul craniilor lor.

And so you do get these kinds of contacts,

Așa că există într-adevăr asemenea cerințe,

and of course, being British

și bineînțeles, fiind din Marea Britanie,

and also growing up in France,

și de asemenea copilărind in Franța,

I tend to be very blunt,

am tendința de a spune lucrurilor pe nume,

and so I had to explain to them very nicely

așa că a trebuit să le explic amabil

that in their particular case,

că în cazul lor,

there probably wasn't that much in there

probabil nu ar fi fost foarte mult

to protect in the first place.

de protejat oricum.

(Laughter)

(Râsete)

(Applause)

(Aplauze)

So this was our approach,

Asta este abordarea noastră,

and it was simple materials,

am folosit materiale simple,

but we thought about it carefully.

am gândit-o cu mare atenție.

And actually we know that those cells

Acum știm de fapt că aceste celule

in the body, in the embryo, as they develop

în corp și în embrionul în dezvoltare

can form a different kind of tissue, cartilage,

pot genera diferite țesuturi, cartilaje,

and so we developed a gel that was slightly different

așa că am creat un gel oarecum diferit

in nature and slightly different chemistry,

în compoziție printr-un alt procedeu chimic

put it in there, and we were able to get

reușind să obținem

100 percent cartilage instead.

100% cartilaj.

And this approach works really well, I think,

Această abordare se pretează bine

for pre-planned procedures,

pentru proceduri planificate din timp,

but it's something you do have to pre-plan.

dar oricum necesită planificare anticipată.

So for other kinds of operations,

Desigur, pentru alte genuri de operații,

there's definitely a need for other

e nevoie de alte

scaffold-based approaches.

abordări pe bază de structuri.

And when you think about designing

Când considerăm proiectarea

those other scaffolds, actually,

acestor structuri, de fapt,

you need a really multi-disciplinary team.

e nevoie de o echipă multi-disciplinară.

And so our team has chemists,

Așa că echipa noastră are chimiști,

it has cell biologists, surgeons, physicists even,

microbiologi, chirurgi, chiar și fizicieni,

and those people all come together

toți lucrează împreună,

and we think really hard about designing the materials.

intens pentru a crea aceste materiale.

But we want to make them have enough information

Dar vrem să le furnizăm destulă informație

that we can get the cells to do what we want,

pentru a determina celulele să acționeze cum ne dorim,

but not be so complex as to make it difficult

dar nu complicat încât sa devină dificil

to get to clinic.

să ajungem la stadiul clinic.

And so one of the things we think about a lot

Ce încercăm este

is really trying to understand

să înțelegem cu adevărat

the structure of the tissues in the body.

structura țesutului în corpul uman.

And so if we think of bone,

Dacă ne gândim la țesutul osos,

obviously my own favorite tissue,

evident țesutul meu preferat,

we zoom in, we can see,

uitându-ne cu atenție, putem vedea,

even if you don't know anything about bone structure,

chiar și fără cunoștiințe de structura osului,

it's beautifully organized, really beautifully organized.

că e organizat de-a dreptul spectaculos.

We've lots of blood vessels in there.

Avem o mulțime de vase de sânge acolo.

And if we zoom in again, we see that the cells

Privind cu atenție, vedem că aceste celule

are actually surrounded by a 3D matrix

sunt de fapt înconjurate de o matrice 3D

of nano-scale fibers, and they give a lot

de fibre la scară nano, care transmit o multitudine de

of information to the cells.

informații celulelor.

And if we zoom in again,

Și dacă ne uităm mai atent,

actually in the case of bone, the matrix

vedem, în cazul oaselor, că matricea

around the cells is beautifully organized

din jurul celulelor e organizată spectaculos

at the nano scale, and it's a hybrid material

la scară nano, fiind un material hibrid,

that's part organic, part inorganic.

în parte organic, în parte anorganic.

And that's led to a whole field, really,

Asta a dus la dezvoltarea unui nou domeniu

that has looked at developing materials

care cercetează dezvoltarea materialelor

that have this hybrid kind of structure.

cu acest tip de structură hibridă.

And so I'm showing here just two examples

Vă voi arăta acum doar două exemple

where we've made some materials that have that sort of structure,

de materiale realizate cu acest tip de structură

and you can really tailor it.

pe care o poți cu adevărat modela.

You can see here a very squishy one

Vedeți aici una de-a dreptul moale,

and now a material that's also this hybrid sort of material

și acum un material hibrid,

but actually has remarkable toughness,

dar cu o duritate remarcabilă,

and it's no longer brittle.

nefiind deloc fragil.

And an inorganic material would normally be really brittle,

Un material anorganic ar fi de obicei frgil,

and you wouldn't be able to have

și nu ar putea avea

that sort of strength and toughness in it.

acea duritate și rezistență.

One other thing I want to quickly mention is that

Un alt aspect este că

many of the scaffolds we make are porous, and they have to be,

multe din structuri sunt poroase, trebuie să fie,

because you want blood vessels to grow in there.

pentru că e nevoie de vase de sânge care să crească acolo.

But the pores are actually oftentimes

Dar porii sunt adesea

much bigger than the cells,

mult mai mari decât celulele,

and so even though it's 3D,

așa că deși este 3D,

the cell might see it more as a slightly curved surface,

celula poate s-o perceapă mai degrabă ca pe o suprafață puțin curbată,

and that's a little bit unnatural.

și asta e puțin ne-natural.

And so one of the things you can think about doing

Un lucru la care ne putem gândi

is actually making scaffolds with slightly different dimensions

e de a proiecta structuri cu dimensiuni diferite

that might be able to surround your cells in 3D

capabile să înconjoare celulele în 3D

and give them a little bit more information.

și să le ofere mai multă informație.

And there's a lot of work going on in both of these areas.

Există cercetări în desfășurare în ambele direcții.

Now finally, I just want to talk a little bit about

În final, vreau să vă spun despre

applying this sort of thing to cardiovascular disease,

aplicațiile în bolile cardiovasculare,

because this is a really big clinical problem.

pentru că asta reprezintă o mare problemă clinică.

And one of the things that we know is that,

Știm că, din nefericire,

unfortunately, if you have a heart attack,

dacă suferi un infarct,

then that tissue can start to die,

țesutul poate începe să moară,

and your outcome may not be very good over time.

și consecințele nu vor fi foarte bune în timp.

And it would be really great, actually,

Ar fi deci minunat

if we could stop that dead tissue

dacă am putea opri aceast țesut să moară

either from dying or help it to regenerate.

sau dacă l-am ajuta să se regenereze.

And there's lots and lots of stem cell trials going on worldwide,

Sunt multe cercetări cu celule stem în lume,

and they use many different types of cells,

care folosesc multe feluri diferite de celule,

but one common theme that seems to be coming out

dar o temă comună pare a fi că

is that actually, very often, those cells will die

foarte des aceste celule vor muri

once you've implanted them.

odată ce au fost implantate.

And you can either put them into the heart

Le poți implanta în inimă,

or into the blood system,

ori în sânge,

but either way, we don't seem to be able

dar se pare că nu reușim

to get quite the right number of cells

să obținem numarul exact de celule

getting to the location we want them to

în locul unde ne-am dori

and being able to deliver the sort of beautiful

și nu putem crea acest minunat proces

cell regeneration that we would like to have

de regenerare a celulelor pe care ni l-am dori

to get good clinical outcomes.

pentru a avea consecințe clinice bune.

And so some of the things that we're thinking of,

Așa ca unele idei pe care le-am avut,

and many other people in the field are thinking of,

și pe care mulți alții în acest domeniu le-au avut,

are actually developing materials for that.

sunt să creem materiale pentru asta.

But there's a difference here.

Dar există o diferență.

We still need chemistry, we still need mechanics,

Încă avem nevoie de chimie, de mecanică,

we still need really interesting topography,

încă avem nevoie de topografie interesantă,

and we still need really interesting ways to surround the cells.

și încă avem nevoie de posibilități interesante de a înconjura celulele.

But now, the cells also

Dar celulele de asemenea

would probably quite like a material

probabil ar avea nevoie de un material

that's going to be able to be conductive,

care va putea fi conductibil,

because the cells themselves will respond very well

deoarece celulele însuși răspund foarte bine

and will actually conduct signals between themselves.

și chiar vor conduce semnale între ele.

You can see them now

Le puteți vedea acum,

beating synchronously on these materials,

bătând în sincron pe aceste materiale,

and that's a very, very exciting development

și această etapă în dezvoltare

that's going on.

este de-a dreptul captivantă.

So just to wrap up, I'd like to actually say that

În încheiere, aș dori să spun

being able to work in this sort of field,

că posibilitatea de a lucra în acest domeniu,

all of us that work in this field

atât pentru mine cât și pentru toți ceilalți,

that's not only super-exciting science,

este nu numai știință super-fascinantă,

but also has the potential

dar are de asemenea potențialul

to impact on patients,

de a avea un impact asupra pacienților,

however big or small they are,

oricât de mic sau mare,

is really a great privilege.

și este cu adevărat un privilegiu.

And so for that, I'd like to thank all of you as well.

Și pentru asta, aș dori să vă mulțumesc tuturor..

Thank you.

Mulțumesc.

(Applause)

(Aplauze)