Molly Stevens: A new way to grow bone

Молли Стивенс: Новый способ выращивания кости

Переводчик: Anastasia Kvilinskaya Редактор: Alina Siluyanova

As humans, it's in our nature

В нашей человеческой природе лежит желание

to want to improve our health and minimize our suffering.

улучшить своё здоровье и уменьшить свои страдания.

Whatever life throws at us,

Какие бы испытания ни были в нашей жизни,

whether it's cancer, diabetes, heart disease,

будь то рак, диабет, болезни сердца или даже сломанные кости,

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

мы хотим попытаться улучшить своё здоровье.

Now I'm head of a biomaterials lab,

Я заведую биометрической лабораторией.

and I'm really fascinated by the way that humans

Я восхищаюсь тем,

have used materials in really creative ways

как оригинально люди использовали материалы

in the body over time.

в своём теле в разные времена.

Take, for example, this beautiful blue nacre shell.

Возьмём, к примеру, эту прекрасную синюю перламутровую ракушку.

This was actually used by the Mayans

На самом деле, её использовал народ майя

as an artificial tooth replacement.

в качестве зубных протезов.

We're not quite sure why they did it.

Мы точно не знаем, почему они это делали.

It's hard. It's durable.

Она прочная и рассчитана на длительное пользование.

But it also had other very nice properties.

Но у неё также есть другие очень хорошие свойства.

In fact, when they put it into the jawbone,

Если её вставить в челюстную кость,

it could integrate into the jaw,

она может соединиться с челюстью.

and we know now with very sophisticated

Благодаря хорошо развитым

imaging technologies

технологиям обработки изображения

that part of that integration comes from the fact

мы знаем, что часть этого соединения происходит потому,

that this material is designed

что этот материал сделан

in a very specific way, has a beautiful chemistry,

очень специфическим образом, обладает прекрасным химическим составом

has a beautiful architecture.

и строением.

And I think in many ways we can sort of think

И я считаю, что мы можем рассматривать

of the use of the blue nacre shell and the Mayans

использование синей перламутровой ракушки майя

as the first real application

как первое реальное применение

of the bluetooth technology.

технологии Bluetooth.

(Laughter)

(Смех)

But if we move on and think throughout history

Но если мы рассмотрим историю применения людьми

how people have used different materials in the body,

разных материалов в организме,

very often it's been physicians

то в этом плане очень изобретательными

that have been quite creative.

часто оказывались физики.

They've taken things off the shelf.

Они использовали всевозможные средства.

One of my favorite examples

Один из моих любимых примеров —

is that of Sir Harold Ridley,

это история сэра Гарольда Ридли,

who was a famous ophthalmologist,

который был знаменитым офтальмологом

or at least became a famous ophthalmologist.

или, по крайней мере, стал им.

And during World War II, what he would see

Во время Второй мировой войны он заметил,

would be pilots coming back from their missions,

что у пилотов, вернувшихся после заданий,

and he noticed that within their eyes

внутри глаз

they had shards of small bits of material

были маленькие осколки какого-то вещества,

lodged within the eye,

застрявшего там.

but the very interesting thing about it

Самое интересное заключалось в том,

was that material, actually, wasn't causing

что это вещество не вызывало

any inflammatory response.

никакого воспалительного процесса.

So he looked into this, and he figured out

Он обнаружил,

that actually that material was little shards of plastic

что это были маленькие осколки пластика

that were coming from the canopy of the Spitfires.

от верхней части истребителей «Спитфайр».

And this led him to propose that material

Благодаря этому он предложил данный материал

as a new material for intraocular lenses.

в качестве нового вещества для внутриглазных линз.

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

Оно называется полиметилметакрилат (ПММА) и сейчас используется

in millions of people every year

миллионами людей каждый год

and helps in preventing cataracts.

и помогает предотвратить катаракту.

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

И этот пример, по-моему, действительно хорош,

because it helps remind us that in the early days,

потому что он напоминает нам о том, что раньше

people often chose materials

люди часто выбирали материалы

because they were bioinert.

на основе их биоинертности.

Their very purpose was to perform a mechanical function.

В основном они выполняли механические функции.

You'd put them in the body

Вы внедряли их в организм

and you wouldn't get an adverse response.

и не получали неблагоприятной реакции.

And what I want to show you is that

Я хочу вам показать,

in regenerative medicine,

что в регенеративной медицине

we've really shifted away from that idea

мы отбросили идею

of taking a bioinert material.

использования биоинертного материала.

We're actually actively looking for materials

Мы активно ищем материалы,

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

которые будут биоактивными и будут взаимодействовать с телом,

and that furthermore we can put in the body,

и, более того, мы сможем поместить их в организм,

they'll have their function,

где они будут выполнять свои функции,

and then they'll dissolve away over time.

а потом растворяться с течением времени.

If we look at this schematic,

Если рассмотреть это с помощью схемы,

this is showing you what we think of

то она покажет наше представление

as the typical tissue-engineering approach.

о типичном подходе к выращиванию тканей.

We have cells there, typically from the patient.

У нас есть клетки пациентов.

We can put those onto a material,

Мы помещаем их на материал,

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

который можем сделать очень сложным, если захотим.

and we can then grow that up in the lab

Потом можем вырастить ткани в лаборатории

or we can put it straight back into the patient.

или поместить обратно в тело пациента.

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

Этот подход используется по всему миру,

including in our lab.

включая нашу лабораторию.

But one of the things that's really important

Одно из важных наблюдений

when we're thinking about stem cells

за стволовыми клетками заключается в том,

is that obviously stem cells can be many different things,

что из них могут возникать разные ткани.

and they want to be many different things,

Они хотят стать различными биологическими тканями.

and so we want to make sure that the environment

А мы хотим удостовериться, что среда,

we put them into has enough information

в которую мы их помещаем, содержит достаточно информации,

so that they can become the right sort

благодаря которой они могут стать именно той

of specialist tissue.

необходимой тканью.

And if we think about the different types of tissues

Если мы представляем себе разные виды тканей,

that people are looking at regenerating

которые по мнению людей могут восстанавливаться

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

в разных лабораториях мира,

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

то так можно думать о любой ткани.

And actually, the structure of those tissues

Дело в том, что структура этих тканей

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

разная и будет зависеть от того,

on whether your patient has any underlying disease,

есть ли у вашего пациента какая-нибудь основная болезнь,

other conditions, in terms of how

а также от ряда условий, например,

you're going to regenerate your tissue,

как будет идти восстановление этой ткани.

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

Нужно уделить пристальное внимание

you're going to use really carefully,

используемым материалам,

their biochemistry, their mechanics,

их биохимии и механике,

and many other properties as well.

а также многим другим свойствам.

Our tissues all have very different abilities to regenerate,

Все наши ткани имеют очень разные восстановительные способности.

and here we see poor Prometheus,

Вот мы видим бедного Прометея,

who made a rather tricky career choice

который выбрал довольно хитрый род деятельности,

and was punished by the Greek gods.

и был наказан греческими богами.

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

Его приковали к скале, и каждый день

every day to eat his liver.

прилетал орёл и клевал его печень.

But of course his liver would regenerate every day,

Конечно, его печень должна была восстанавливаться каждый день.

and so day after day he was punished

Так день за днём его наказывали

for eternity by the gods.

боги веками.

And liver will regenerate in this very nice way,

А печень всё восстанавливается таким прекрасным образом.

but actually if we think of other tissues,

Если мы рассмотрим другие ткани,

like cartilage, for example,

например, хрящ,

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

то даже самая простая трещина

really difficult to regenerate your cartilage.

затруднит ваши действия по восстановлению хряща.

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

Поэтому для разных тканей будут разные способы их регенерации.

Now, bone is somewhere in between,

Кость представляет собой промежуточный этап.

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

Над этим видом ткани мы много работаем в лаборатории.

And bone is actually quite good at repairing.

На самом деле, кость хорошо восстанавливается.

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

Так и должно быть. Вероятно, у всех были переломы

at some point or other.

в какой-то период жизни.

And one of the ways that you can think

Вот один способ, который поможет вам

about repairing your fracture

восстановить перелом.

is this procedure here, called an iliac crest harvest.

Эта процедура называется сбором подвздошного гребня.

And what the surgeon might do

Хирург берёт

is take some bone from your iliac crest,

немного костной ткани из подвздошного гребня,

which is just here,

который находится вот здесь,

and then transplant that somewhere else in the body.

и пересаживает её в другую часть организма.

And it actually works really well,

Процедура хорошая и действующая,

because it's your own bone,

так как используется ваша собственная кость.

and it's well vascularized,

Хорошо образуются новые кровеносные сосуды,

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

что указывает на хорошее кровоснабжение.

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

Но есть проблема: можно взять только вот столько ткани,

and also when you do that operation,

а когда сделаете операцию,

your patients might actually have significant pain

ваши пациенты, вероятно, будут ощущать резкую боль

in that defect site even two years after the operation.

в месте повреждения даже спустя два года после операции.

So what we were thinking is,

Мы размышляли над тем,

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

что потребность в восстановлении костей, конечно, велика,

but this iliac crest-type approach

но данный подход с использованием подвздошного гребня

really has a lot of limitations to it,

имеет много ограничений.

and could we perhaps recreate

Может, мы могли бы воссоздать

the generation of bone within the body

образование кости в самом теле

on demand and then be able to transplant it

при необходимости, а затем сделать пересадку

without these very, very painful aftereffects

без тех болезненных последствий,

that you would have with the iliac crest harvest?

которые появляются вследствие сбора подвздошного гребня?

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

Мы так и сделали.

was by coming back to this typical tissue-engineering approach

Мы снова задействовали подход типичного выращивания тканей.

but actually thinking about it rather differently.

Но совсем по-другому.

And we simplified it a lot,

Мы во многом его упростили

so we got rid of a lot of these steps.

и избавились от большого количества этапов:

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

сбора клеток пациента,

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

помещения их в прихотливую химическую среду,

and we got rid of the need

а также

to culture these scaffolds in the lab.

выращивания этих клеточных каркасов в лаборатории.

And what we really focused on

Мы сосредоточились

was our material system and making it quite simple,

на строении материи и её весьма простом создании.

but because we used it in a really clever way,

Так как мы с умом подошли к этому вопросу,

we were able to generate enormous amounts of bone

то смогли создать много костной ткани

using this approach.

благодаря данному подходу.

So we were using the body

Мы использовали тело

as really the catalyst to help us

в качестве катализатора, который помог нам

to make lots of new bone.

создать много новых костей.

And it's an approach that we call

Мы называем такой подход

the in vivo bioreactor, and we were able to make

биореактором в естественных условиях.

enormous amounts of bone using this approach.

Благодаря ему мы смогли создать много новых костей.

And I'll talk you through this.

Я расскажу вам об этом подходе.

So what we do is,

Так что же мы делаем?

in humans, we all have a layer of stem cells

У людей есть слой стволовых клеток

on the outside of our long bones.

на наружной стороне трубчатых костей.

That layer is called the periosteum.

Этот слой называется надкостницей.

And that layer is actually normally

Обычно он

very, very tightly bound to the underlying bone,

очень тесно связан с основной костью

and it's got stem cells in it.

и содержит стволовые клетки.

Those stem cells are really important

Эти клетки имеют важное значение

in the embryo when it develops,

для развивающегося эмбриона.

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

Они также пробуждаются, если у вас возник перелом,

to help you with repairing the bone.

и помогают восстановить кость.

So we take that periosteum layer

Итак, мы берём слой надкостницы.

and we developed a way to inject underneath it

Мы разработали способ введения под этот слой

a liquid that then, within 30 seconds,

жидкости, которая за 30 секунд

would turn into quite a rigid gel

превратится в достаточно твёрдый гель

and can actually lift the periosteum away from the bone.

и отдалит надкостницу от кости.

So it creates, in essence, an artificial cavity

По сути, возникает искусственная полость,

that is right next to both the bone

которая находится как рядом с костью,

but also this really rich layer of stem cells.

так и с богатым слоем стволовых клеток.

And we go in through a pinhole incision

Мы проникаем в надрез размером с булавочное отверстие так,

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

что другие клетки тела туда не попадают.

and what happens is that that artificial in vivo bioreactor cavity

Затем эта искусственная полость биореактора

can then lead to the proliferation of these stem cells,

вызывает размножение стволовых клеток.

and they can form lots of new tissue,

Они образуют много новой ткани.

and then over time, you can harvest that tissue

После со временем вы сможете собрать эту ткань

and use it elsewhere in the body.

и использовать её в другой части организма.

This is a histology slide

Это гистологический диапозитив того,

of what we see when we do that,

что мы видим, когда занимаемся данным процессом.

and essentially what we see

По сути, мы видим

is very large amounts of bone.

очень много костной ткани.

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

На картинке вы видите середину ноги

so the bone marrow,

и костный мозг.

then you can see the original bone,

Вы видите исходную кость,

and you can see where that original bone finishes,

и где она заканчивается.

and just to the left of that is the new bone

Слева находится новая кость,

that's grown within that bioreactor cavity,

выращенная в полости биореактора.

and you can actually make it even larger.

Вы даже можете её увеличить.

And that demarcation that you can see

То разграничение, которое вы видите

between the original bone and the new bone

между исходной и новой костями,

acts as a very slight point of weakness,

является маленьким недостатком.

so actually now the surgeon can come along,

Теперь хирург может приступить к делу

can harvest away that new bone,

и собрать новую костную ткань,

and the periosteum can grow back,

а надкостница снова нарастёт,

so you're left with the leg

и нога остаётся

in the same sort of state

в том же виде,

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

как будто вас не оперировали раньше.

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

Последующие болевые ощущения очень слабы

compared to an iliac crest harvest.

по сравнению с процедурой сбора подвздошного гребня.

And you can grow different amounts of bone

Вы можете вырастить разное количество костей

depending on how much gel you put in there,

в зависимости от того, сколько геля туда вливаете.

so it really is an on demand sort of procedure.

Поэтому данный вид процедуры основан на потребности.

Now, at the time that we did this,

Во время нашей работы

this received a lot of attention in the press,

эта процедура получила большую огласку в прессе,

because it was a really nice way

так как это был действительно хороший способ

of generating new bone,

создания новой костной ткани.

and we got many, many contacts

К нам обратилось

from different people that were interested in using this.

много разных людей, которые заинтересовались этой процедурой.

And I'm just going to tell you,

Следует отметить,

sometimes those contacts are very strange,

что иногда эти обращения очень странные

slightly unexpected,

и немного неожиданные.

and the very most interesting,

Самое интересное обращение

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

я получила

was actually from a team of American footballers

от команды американских футболистов,

that all wanted to have double-thickness skulls

которые захотели себе черепа двойной толщины

made on their head.

в голове.

And so you do get these kinds of contacts,

Получая подобные обращения

and of course, being British

и будучи британкой,

and also growing up in France,

выросшей во Франции,

I tend to be very blunt,

я склонна быть очень резкой и прямой.

and so I had to explain to them very nicely

Поэтому мне пришлось объяснить им подробно,

that in their particular case,

что у них особый случай,

there probably wasn't that much in there

и это не то, что следует

to protect in the first place.

защищать в первую очередь.

(Laughter)

(Смех)

(Applause)

(Аплодисменты)

So this was our approach,

Итак, это был наш подход

and it was simple materials,

и простые материалы.

but we thought about it carefully.

Мы тщательно размышляли над этим.

And actually we know that those cells

Мы знаем, что клетки

in the body, in the embryo, as they develop

в теле и эмбрионе, развиваясь,

can form a different kind of tissue, cartilage,

образуют разные виды тканей и хряща.

and so we developed a gel that was slightly different

Мы разработали гель, немного отличающийся

in nature and slightly different chemistry,

по своей природе и химическому составу,

put it in there, and we were able to get

поместили его в организм,

100 percent cartilage instead.

а взамен получили 100-процентный хрящ.

And this approach works really well, I think,

Думаю, данный подход хорошо использовать

for pre-planned procedures,

для предварительно запланированных процедур.

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

Но это как раз то, что действительно надо планировать заранее.

So for other kinds of operations,

Другим видам операций

there's definitely a need for other

определённо необходимы

scaffold-based approaches.

подходы с использованием клеточных каркасов.

And when you think about designing

При проектировании

those other scaffolds, actually,

других каркасов

you need a really multi-disciplinary team.

необходима разноплановая команда.

And so our team has chemists,

В нашей команде есть химики,

it has cell biologists, surgeons, physicists even,

клеточные биологи, хирурги, даже физики.

and those people all come together

Все объединяются

and we think really hard about designing the materials.

и тщательно работают над созданием материалов.

But we want to make them have enough information

Мы хотим, чтобы они располагали информацией,

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

благодаря которой мы сможем управлять клетками.

but not be so complex as to make it difficult

Информация должна быть простой

to get to clinic.

и без проблем попадать в клинику.

And so one of the things we think about a lot

Мы много размышляем

is really trying to understand

и пытаемся понять

the structure of the tissues in the body.

строение тканей в организме.

And so if we think of bone,

Представим кость.

obviously my own favorite tissue,

Очевидно, что это моя любимая ткань.

we zoom in, we can see,

Мы увеличиваем изображение и видим —

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

даже если вы ничего не знаете о структуре кости —

it's beautifully organized, really beautifully organized.

как красиво она устроена, очень красиво организована.

We've lots of blood vessels in there.

Тут много кровеносных сосудов.

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

Если мы снова увеличим изображение, то увидим, что клетки

are actually surrounded by a 3D matrix

окружены трёхмерным цитоплазматическим матриксом

of nano-scale fibers, and they give a lot

из нановолокон,

of information to the cells.

которые передают информацию клеткам.

And if we zoom in again,

Если увеличить изображение ещё раз,

actually in the case of bone, the matrix

то видно, что костный матрикс

around the cells is beautifully organized

вокруг клеток хорошо устроен

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

на наноуровне. Это гибридный материал:

that's part organic, part inorganic.

одна часть органическая, другая — неорганическая.

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

Так появилась целая область исследований

that has looked at developing materials

развивающихся материалов

that have this hybrid kind of structure.

с гибридной структурой.

And so I'm showing here just two examples

Я покажу только два примера

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

изготовленных нами материалов с такой структурой,

and you can really tailor it.

которую можно создать.

You can see here a very squishy one

Здесь представлен очень мягкий

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

гибридный материал,

but actually has remarkable toughness,

удивительно упругий

and it's no longer brittle.

и нехрупкий.

And an inorganic material would normally be really brittle,

А неорганический материал был бы хрупким

and you wouldn't be able to have

и не получился бы

that sort of strength and toughness in it.

таким прочным и упругим.

One other thing I want to quickly mention is that

Я хочу отметить,

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

что наши клеточные каркасы простые. Так и должно быть,

because you want blood vessels to grow in there.

потому что требуется, чтобы там формировались кровеносные сосуды.

But the pores are actually oftentimes

Часто поры

much bigger than the cells,

намного больше клеток.

and so even though it's 3D,

Хотя это и трёхмерное изображение,

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

клетка может выглядеть больше, чем немного кривая поверхность,

and that's a little bit unnatural.

Это не совсем естественно.

And so one of the things you can think about doing

Можно продумать

is actually making scaffolds with slightly different dimensions

создание клеточных каркасов слегка изменённых размеров,

that might be able to surround your cells in 3D

которые могли бы окружить клетки в трёхмерном матриксе

and give them a little bit more information.

и предоставить им больше информации.

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

Большая работа ведётся в данных областях.

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

И в конце я хочу рассказать

applying this sort of thing to cardiovascular disease,

о применении данного подхода к лечению сердечно-сосудистых заболеваний,

because this is a really big clinical problem.

так как это большая клиническая проблема.

And one of the things that we know is that,

Мы знаем,

unfortunately, if you have a heart attack,

что, к сожалению, если у вас сердечный приступ,

then that tissue can start to die,

ткань начинает отмирать,

and your outcome may not be very good over time.

и со временем исход может быть плачевным.

And it would be really great, actually,

Было бы замечательно,

if we could stop that dead tissue

если бы мы могли предотвратить процесс

either from dying or help it to regenerate.

отмирания ткани или помочь ей восстановиться.

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

По всему миру проводится множество экспериментов над стволовыми клетками.

and they use many different types of cells,

Используются различные виды клеток.

but one common theme that seems to be coming out

И тут возникает общая проблема:

is that actually, very often, those cells will die

зачастую клетки отмирают

once you've implanted them.

после вживления.

And you can either put them into the heart

Можно вживить их в сердце

or into the blood system,

или в кровеносную систему,

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

но, в любом случае, мы не в состоянии

to get quite the right number of cells

получить подходящее количество клеток,

getting to the location we want them to

которые достигнут нужного нам местоположения

and being able to deliver the sort of beautiful

и смогут обеспечить

cell regeneration that we would like to have

клеточную регенерацию, что позволило бы нам

to get good clinical outcomes.

получить хорошие клинические результаты.

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

Поэтому мы также,

and many other people in the field are thinking of,

как и многие другие учёные, размышляем над проблемой

are actually developing materials for that.

разработки необходимых для этого материалов.

But there's a difference here.

Тут есть отличия.

We still need chemistry, we still need mechanics,

Нам всё ещё нужна химия, механика,

we still need really interesting topography,

занимательная топография.

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

Нам нужны интересные способы окружения клеток.

But now, the cells also

Самим клеткам,

would probably quite like a material

вероятно, понравился бы материал,

that's going to be able to be conductive,

который может стать проводником,

because the cells themselves will respond very well

так как клетки будут хорошо реагировать

and will actually conduct signals between themselves.

и передавать друг другу сигналы.

You can see them now

Сейчас вы видите,

beating synchronously on these materials,

как синхронно они сталкиваются с материалами.

and that's a very, very exciting development

Развитие происходит

that's going on.

очень захватывающе.

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

Подводя итоги, я хотела бы сказать,

being able to work in this sort of field,

что возможность работать в данной области,

all of us that work in this field

которая для всех нас

that's not only super-exciting science,

является не только очень увлекательной наукой,

but also has the potential

но и возможностью

to impact on patients,

благотворно влиять на пациентов,

however big or small they are,

как взрослых, так и детей,

is really a great privilege.

представляет большую честь.

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

И за это я вам тоже благодарна.

Thank you.

Спасибо.

(Applause)

(Аплодисменты)