'TEDCharlas'Ideas dignas de difundir
domingo 28 de mayo de 2017
Una nueva manera de hacer crecer el hueso
Como seres humanos, está en nuestra naturaleza querer mejorar nuestra salud y reducir al mínimo el sufrimiento. Lo que la vida nos lanza, si se trata de cáncer, diabetes, enfermedades del corazón, o incluso huesos rotos, queremos tratar de mejorarlo. Ahora soy la cabeza de un laboratorio de biomateriales, y estoy realmente fascinado por la forma en que los seres humanos han utilizado materiales de maneras muy creativas en el cuerpo a través del tiempo.
Tomemos, por ejemplo, esta hermosa concha nácar azul. Esto fue realmente utilizado por los mayas como un reemplazo de dientes artificiales. No estamos muy seguros de por qué lo hicieron. Es dificil. Es durable. Pero también tenía otras propiedades muy agradables. De hecho, cuando se la pusieron en la mandíbula, que podría integrarse en la mandíbula, y sabemos ahora con muy sofisticadas tecnologías de imagen que parte de que la integración viene del hecho de que este material está diseñado de una manera muy específica, tiene una hermosa química, tiene una hermosa arquitectura. Y creo que en muchas maneras en que tipo de podemos pensar en el uso de la concha de nácar azul y los mayas como la primera aplicación real de la tecnología bluetooth.
Pero si nos movemos y pensamos en toda la historia de cómo las personas han utilizado diferentes materiales en el cuerpo, muy a menudo ha sido médicos que han sido muy creativos. Se han llevado las cosas fuera de la plataforma.
Uno de mis ejemplos favoritos es el de Sir Harold Ridley, que era un oftalmólogo famoso, o al menos se convirtió en un famoso oftalmólogo. Y durante la Segunda Guerra Mundial, lo que vería sería pilotos de regresar de sus misiones, y se dio cuenta de que dentro de sus ojos tenían fragmentos de pequeños trozos de material presentadas dentro del ojo, pero la cosa muy interesante de esto es que el material, en realidad, no era causando cualquier respuesta inflamatoria. Por lo que se veía en esto, y que descubrió que en realidad era que el material pequeños trozos de plástico que venían de las copas de los Spitfires. Y esto le llevó a proponer que el material como un nuevo material para lentes intraoculares. Se llama PMMA, y ahora se utiliza en millones de personas cada año y ayuda en la prevención de las cataratas.
Y ese ejemplo, pienso, es un muy buen uno, porque nos ayuda a recordar que en los primeros días, las personas suelen optar por materiales porque estaban bioinerte. Su propósito era realizar una función mecánica. Que había puesto en el cuerpo y que no puedes tener una respuesta adversa. Y lo que yo quiero mostrar es que en la medicina regenerativa, realmente hemos alejado de la idea de llevar un material bioinerte. De hecho, estamos buscando activamente los materiales que serán bioactivo, que interactuarán con el cuerpo, y que, además, podemos poner en el cuerpo, que van a tener su función, y luego van a disolverse en el tiempo.
Si nos fijamos en este esquema, esto le está mostrando lo que consideramos como el típico enfoque de ingeniería de tejidos. Tenemos células existen, por lo general del paciente. Podemos poner los sobre un material, y podemos hacer que el material muy complejo si queremos, y entonces podemos crecer hasta que en el laboratorio o podemos poner directamente en el paciente. Y este es un enfoque que se utiliza en todo el mundo, incluyendo en nuestro laboratorio.
Pero una de las cosas que es realmente importante cuando estamos pensando en las células madre es la que, obviamente, las células madre pueden ser muchas cosas diferentes, y quieren ser muchas cosas diferentes, por lo que querrá asegurarse de que el medio ambiente que los puso en tiene suficiente información para que puedan convertirse en el tipo adecuado de tejido especialista. Y si pensamos en los diferentes tipos de tejidos que la gente está buscando en la regeneración de todo el mundo, en todos los diferentes laboratorios en el mundo, no hay prácticamente todos los tejidos que se pueda imaginar. Y, de hecho, la estructura de los tejidos es muy diferente, y va a depender realmente de si el paciente tiene alguna enfermedad subyacente, otras condiciones, en términos de cómo se va a regenerar su tejido, y vas a necesitar pensar en los materiales que vas a utilizar con mucho cuidado, su bioquímica, su mecánica, y muchas otras propiedades.
domingo 28 de mayo de 2017
Una nueva manera de hacer crecer el hueso
Por MOLLY STEVENS
Como seres humanos, está en nuestra naturaleza querer mejorar nuestra salud y reducir al mínimo el sufrimiento. Lo que la vida nos lanza, si se trata de cáncer, diabetes, enfermedades del corazón, o incluso huesos rotos, queremos tratar de mejorarlo. Ahora soy la cabeza de un laboratorio de biomateriales, y estoy realmente fascinado por la forma en que los seres humanos han utilizado materiales de maneras muy creativas en el cuerpo a través del tiempo.
Tomemos, por ejemplo, esta hermosa concha nácar azul. Esto fue realmente utilizado por los mayas como un reemplazo de dientes artificiales. No estamos muy seguros de por qué lo hicieron. Es dificil. Es durable. Pero también tenía otras propiedades muy agradables. De hecho, cuando se la pusieron en la mandíbula, que podría integrarse en la mandíbula, y sabemos ahora con muy sofisticadas tecnologías de imagen que parte de que la integración viene del hecho de que este material está diseñado de una manera muy específica, tiene una hermosa química, tiene una hermosa arquitectura. Y creo que en muchas maneras en que tipo de podemos pensar en el uso de la concha de nácar azul y los mayas como la primera aplicación real de la tecnología bluetooth.
Pero si nos movemos y pensamos en toda la historia de cómo las personas han utilizado diferentes materiales en el cuerpo, muy a menudo ha sido médicos que han sido muy creativos. Se han llevado las cosas fuera de la plataforma.
Uno de mis ejemplos favoritos es el de Sir Harold Ridley, que era un oftalmólogo famoso, o al menos se convirtió en un famoso oftalmólogo. Y durante la Segunda Guerra Mundial, lo que vería sería pilotos de regresar de sus misiones, y se dio cuenta de que dentro de sus ojos tenían fragmentos de pequeños trozos de material presentadas dentro del ojo, pero la cosa muy interesante de esto es que el material, en realidad, no era causando cualquier respuesta inflamatoria. Por lo que se veía en esto, y que descubrió que en realidad era que el material pequeños trozos de plástico que venían de las copas de los Spitfires. Y esto le llevó a proponer que el material como un nuevo material para lentes intraoculares. Se llama PMMA, y ahora se utiliza en millones de personas cada año y ayuda en la prevención de las cataratas.
Y ese ejemplo, pienso, es un muy buen uno, porque nos ayuda a recordar que en los primeros días, las personas suelen optar por materiales porque estaban bioinerte. Su propósito era realizar una función mecánica. Que había puesto en el cuerpo y que no puedes tener una respuesta adversa. Y lo que yo quiero mostrar es que en la medicina regenerativa, realmente hemos alejado de la idea de llevar un material bioinerte. De hecho, estamos buscando activamente los materiales que serán bioactivo, que interactuarán con el cuerpo, y que, además, podemos poner en el cuerpo, que van a tener su función, y luego van a disolverse en el tiempo.
Si nos fijamos en este esquema, esto le está mostrando lo que consideramos como el típico enfoque de ingeniería de tejidos. Tenemos células existen, por lo general del paciente. Podemos poner los sobre un material, y podemos hacer que el material muy complejo si queremos, y entonces podemos crecer hasta que en el laboratorio o podemos poner directamente en el paciente. Y este es un enfoque que se utiliza en todo el mundo, incluyendo en nuestro laboratorio.
Pero una de las cosas que es realmente importante cuando estamos pensando en las células madre es la que, obviamente, las células madre pueden ser muchas cosas diferentes, y quieren ser muchas cosas diferentes, por lo que querrá asegurarse de que el medio ambiente que los puso en tiene suficiente información para que puedan convertirse en el tipo adecuado de tejido especialista. Y si pensamos en los diferentes tipos de tejidos que la gente está buscando en la regeneración de todo el mundo, en todos los diferentes laboratorios en el mundo, no hay prácticamente todos los tejidos que se pueda imaginar. Y, de hecho, la estructura de los tejidos es muy diferente, y va a depender realmente de si el paciente tiene alguna enfermedad subyacente, otras condiciones, en términos de cómo se va a regenerar su tejido, y vas a necesitar pensar en los materiales que vas a utilizar con mucho cuidado, su bioquímica, su mecánica, y muchas otras propiedades.
Nuestros tejidos todos tienen capacidades muy diferentes para regenerar, y aquí vemos pobre Prometeo, quien hizo una carrera bastante difícil y fue castigado por los dioses griegos. Estaba atado a una roca, y un águila venía todos los días a comer su hígado. Pero, por supuesto, su hígado podría regenerar todos los días, y así día tras día fue castigado eternamente por los dioses. Y el hígado se regenera de esta manera muy agradable, pero en realidad si pensamos en otros tejidos, como el cartílago, por ejemplo, incluso el más simple golpe y vas a encontrar muy difícil de regenerar el cartílago. Así que va a ser muy diferente de un tejido a otro.
Ahora, el hueso es en algún punto intermedio, y este es uno de los tejidos que trabajamos mucho en nuestro laboratorio. Y el hueso es en realidad bastante bueno en la reparación. Tiene que ser. Probablemente todos hemos tenido fracturas en algún momento u otro. Y una de las maneras que usted puede pensar acerca de cómo reparar su fractura está aquí este procedimiento, llamado una cosecha cresta ilíaca. Y lo que el cirujano puede hacer es tomar un poco de hueso de su cresta ilíaca, que está justo aquí, y luego trasplantar que en algún otro lugar del cuerpo. Y que en realidad funciona muy bien, porque es su propio hueso, y es bien vascularizado, lo que significa que tiene un buen suministro de sangre. Pero el problema es que hay tanto que uno puede tomar, y también cuando lo hace la operación, los pacientes en realidad podría tener dolor significativo en ese sitio del defecto incluso dos años después de la operación.
Así que lo que estábamos pensando es, ¿hay una tremenda necesidad de reparación ósea, por supuesto, pero esto ilíaca enfoque de tipo cresta realmente tiene muchas limitaciones a la misma, y podrían tal vez volver a crear la generación de hueso dentro del cuerpo de la demanda y luego ser capaz de trasplantarlo sin estos efectos secundarios muy, muy doloroso que tendría con la cosecha de cresta ilíaca?
Así que lo que estábamos pensando es, ¿hay una tremenda necesidad de reparación ósea, por supuesto, pero esto ilíaca enfoque de tipo cresta realmente tiene muchas limitaciones a la misma, y podrían tal vez volver a crear la generación de hueso dentro del cuerpo de la demanda y luego ser capaz de trasplantarlo sin estos efectos secundarios muy, muy doloroso que tendría con la cosecha de cresta ilíaca?
Y así que esto es lo que hicimos, y la forma en que lo hicimos fue por volver a este enfoque típico de ingeniería de tejidos , pero en realidad en lugar de pensar en ello de manera diferente. Y hemos simplificado mucho, por lo que nos hemos librado de una gran cantidad de estos pasos. Nos deshicimos de la necesidad de cosechar células del paciente, nos deshicimos de la necesidad de poner en química realmente de lujo, y nos deshicimos de la necesidad a la cultura estos andamios en el laboratorio. Y lo que realmente enfocados en era nuestro sistema material y por lo que es bastante simple, pero debido a lo usamos de una manera muy inteligente, hemos sido capaces de generar una gran cantidad de hueso que utilizan este enfoque. Así que estábamos usando el cuerpo como realmente el catalizador que nos ayude a hacer un montón de hueso nuevo. Y es un enfoque que llamamos el biorreactor in vivo, y hemos sido capaces de hacer enormes cantidades de hueso que utilizan este enfoque. Y voy a hablar a través de este.
Así que lo que hacemos es, en los seres humanos, todos tenemos una capa de células madre en el exterior de nuestros huesos largos. Esa capa se llama el periostio. Y esa capa es en realidad normalmente muy, muy fuertemente unido al hueso subyacente, y tiene células madre en ella. Esas células madre son realmente importantes en el embrión cuando se desarrolla, y también una especie de despertar si tiene una fractura que le ayude con la reparación del hueso. Así que tomamos esa capa periostio y hemos desarrollado una manera de inyectar debajo de ella un líquido que luego, dentro de los 30 segundos, se convertiría en un gel bastante rígida y realmente puede levantar el periostio del hueso. Por lo que crea, en esencia, una cavidad artificial, que está justo al lado, tanto el hueso , sino también esta muy rica capa de células madre. Y vamos a través de una incisión del agujero de alfiler de manera que no hay otras células del cuerpo pueden entrar, y lo que sucede es que esa artificial cavidad biorreactor in vivo puede conducir a la proliferación de estas células madre, y se puede formar una gran cantidad de tejido nuevo , y luego con el tiempo, se puede cosechar ese tejido y utilizarlo en otras partes del cuerpo.
Se trata de un portaobjetos de histología de lo que vemos cuando hacemos eso, y, esencialmente, lo que vemos es muy grandes cantidades de hueso. Así pues, en esta imagen, se puede ver la mitad de la pierna, por lo que la médula ósea, a continuación, se puede ver el hueso original, y se puede ver donde termina ese hueso original, y justo a la izquierda de ello es el nuevo hueso que ha crecido dentro de esa cavidad biorreactor, y en realidad se puede hacer aún más grande. Y que la demarcación que se puede ver entre el hueso original y las nuevas hueso actúa como un ligero punto de debilidad, lo que en realidad ahora el cirujano puede venir, puede cosechar de inmediato que el hueso nuevo, y el periostio puede volver a crecer, por lo que' re izquierda con la pierna de la misma especie de estado como si no hubiera operado en él en el primer lugar. Así que es muy, muy bajo en términos de post-dolor en comparación con una cosecha de cresta ilíaca. Y puede crecer diferentes cantidades de hueso dependiendo de la cantidad de gel se pone allí, por lo que realmente es una demanda de tipo de procedimiento.
Ahora, en el momento en que hicimos esto, este recibió mucha atención en la prensa, porque era una muy buena manera de generar hueso nuevo, y tenemos muchos, muchos contactos de diferentes personas que estaban interesados en el uso de esta. Y yo sólo voy a decir que, a veces esos contactos son muy extraño, un poco inesperado, y el más interesante, déjame ponerlo de esa manera, el contacto que tenía, era en realidad de un equipo de jugadores de fútbol americano que todos querían tener cráneos de doble espesor hechas en su cabeza.
Y así lo hace llegar este tipo de contactos, y, por supuesto, ser británico y también crecer en Francia, que tienden a ser muy contundente, y así que tuve que explicarles muy bien que en su caso particular, probablemente no haya mucho allí para proteger en primer lugar.
Así que este fue nuestro enfoque, y era materiales simples, pero pensamos en ello cuidadosamente. Y, de hecho sabemos que esas células en el cuerpo, en el embrión, a medida que desarrollan pueden formar un tipo diferente de los tejidos, el cartílago, y así hemos desarrollado un gel que era ligeramente diferente en la naturaleza y la química ligeramente diferente, lo ponemos ahí, y hemos sido capaces de conseguir el 100 por ciento de cartílago en su lugar.
Y así lo hace llegar este tipo de contactos, y, por supuesto, ser británico y también crecer en Francia, que tienden a ser muy contundente, y así que tuve que explicarles muy bien que en su caso particular, probablemente no haya mucho allí para proteger en primer lugar.
Así que este fue nuestro enfoque, y era materiales simples, pero pensamos en ello cuidadosamente. Y, de hecho sabemos que esas células en el cuerpo, en el embrión, a medida que desarrollan pueden formar un tipo diferente de los tejidos, el cartílago, y así hemos desarrollado un gel que era ligeramente diferente en la naturaleza y la química ligeramente diferente, lo ponemos ahí, y hemos sido capaces de conseguir el 100 por ciento de cartílago en su lugar.
Y este enfoque funciona muy bien, creo que, para un plan establecido previamente, pero es algo que no tiene un pre-plan. Así que para otros tipos de operaciones, definitivamente hay una necesidad de otros enfoques basados en el andamio. Y cuando se piensa en el diseño de esos otros andamios, en realidad, se necesita un equipo realmente multidisciplinar. Y por eso nuestro equipo tiene químicos, que tiene los biólogos celulares, cirujanos, físicos, incluso, y todas esas personas se unen y nos parece muy duro sobre el diseño de los materiales.
Pero queremos conseguir que tengan suficiente información que podemos obtener las células para hacer lo que queremos, pero no ser tan complejos como para que sea difícil llegar a la clínica. Y lo que una de las cosas que pensamos acerca de un montón realmente está tratando de comprender la estructura de los tejidos en el cuerpo. Y así, si pensamos en el hueso, obviamente, mi propio tejido favorito, nos acercamos, podemos ver, incluso si usted no sabe nada acerca de la estructura ósea, que está muy bien organizado, muy bien organizado. Hemos gran cantidad de vasos sanguíneos en ese país. Y si nos acercamos más, vemos que las células son en realidad rodeados por una matriz 3D de fibras nano-escala, y dan una gran cantidad de información a las células. Y si nos acercamos de nuevo, de hecho, en el caso de los huesos, la matriz alrededor de las células está muy bien organizado a escala nanométrica, y es un material híbrido que es parte orgánica, parte inorgánica. Y eso llevó a un campo entero, de verdad, que ha mirado a la elaboración de materiales que tienen este tipo híbrido de estructura. Y por lo que estoy mostrando aquí sólo dos ejemplos en los que hemos hecho algunos materiales que tienen ese tipo de estructura, y que realmente se puede adaptar. Se puede ver aquí una muy blanda y ahora un material que también este tipo de material híbrido , pero en realidad tiene notable dureza, y ya no es frágil. Y un material inorgánico se hallará muy frágil, y no sería capaz de tener ese tipo de resistencia y tenacidad en ella.
Otra cosa que quiero mencionar rápidamente es que muchos de los andamios que hacemos son porosos, y tienen que ser, porque quiere vasos sanguíneos para crecer allí. Sin embargo, los poros son en realidad muchas veces mucho más grande que las células, por lo que a pesar de ser 3D, el elemento pueda verlo más como una superficie ligeramente curvada, y eso es un poco antinatural. Y lo que una de las cosas que usted puede pensar en hacer que realmente está haciendo andamios con dimensiones ligeramente diferentes que podrían ser capaces de rodear sus células en 3D y darles un poco más de información. Y hay una gran cantidad de trabajo que se realiza en estas dos áreas.
Pero queremos conseguir que tengan suficiente información que podemos obtener las células para hacer lo que queremos, pero no ser tan complejos como para que sea difícil llegar a la clínica. Y lo que una de las cosas que pensamos acerca de un montón realmente está tratando de comprender la estructura de los tejidos en el cuerpo. Y así, si pensamos en el hueso, obviamente, mi propio tejido favorito, nos acercamos, podemos ver, incluso si usted no sabe nada acerca de la estructura ósea, que está muy bien organizado, muy bien organizado. Hemos gran cantidad de vasos sanguíneos en ese país. Y si nos acercamos más, vemos que las células son en realidad rodeados por una matriz 3D de fibras nano-escala, y dan una gran cantidad de información a las células. Y si nos acercamos de nuevo, de hecho, en el caso de los huesos, la matriz alrededor de las células está muy bien organizado a escala nanométrica, y es un material híbrido que es parte orgánica, parte inorgánica. Y eso llevó a un campo entero, de verdad, que ha mirado a la elaboración de materiales que tienen este tipo híbrido de estructura. Y por lo que estoy mostrando aquí sólo dos ejemplos en los que hemos hecho algunos materiales que tienen ese tipo de estructura, y que realmente se puede adaptar. Se puede ver aquí una muy blanda y ahora un material que también este tipo de material híbrido , pero en realidad tiene notable dureza, y ya no es frágil. Y un material inorgánico se hallará muy frágil, y no sería capaz de tener ese tipo de resistencia y tenacidad en ella.
Otra cosa que quiero mencionar rápidamente es que muchos de los andamios que hacemos son porosos, y tienen que ser, porque quiere vasos sanguíneos para crecer allí. Sin embargo, los poros son en realidad muchas veces mucho más grande que las células, por lo que a pesar de ser 3D, el elemento pueda verlo más como una superficie ligeramente curvada, y eso es un poco antinatural. Y lo que una de las cosas que usted puede pensar en hacer que realmente está haciendo andamios con dimensiones ligeramente diferentes que podrían ser capaces de rodear sus células en 3D y darles un poco más de información. Y hay una gran cantidad de trabajo que se realiza en estas dos áreas.
Ahora, por fin, sólo quiero hablar un poco acerca de la aplicación de este tipo de cosas a las enfermedades cardiovasculares, ya que este es realmente un gran problema clínico. Y una de las cosas que sabemos es que, por desgracia, si tiene un ataque al corazón, después de que el tejido puede comenzar a morir, y su resultado puede no ser muy bueno en el tiempo. Y sería muy grande, de hecho, si pudiéramos detener ese tejido muerto ya sea de morir o de ayudar a que se regenere. Y hay montones y montones de ensayos con células madre pasando en todo el mundo, y utilizan muchos tipos diferentes de células, pero un tema común que parece estar saliendo es que en realidad, muy a menudo, esas células se mueren una vez que haya implantado. Y tampoco puede ponerlos en el corazón o en el sistema sanguíneo, pero de cualquier manera, que no parecen ser capaces de llegar a ser muy el número correcto de células para llegar a la ubicación que les queremos y ser capaz de entregar la especie de la hermosa regeneración celular que nos gustaría tener para obtener buenos resultados clínicos.
Y por lo que algunas de las cosas que estamos pensando, y muchas otras personas en el campo está pensando, en realidad están desarrollando materiales para ello. Pero hay una diferencia aquí. Todavía tenemos la química, todavía tenemos la mecánica, todavía necesitamos topografía muy interesante, de lo que hay maneras muy interesantes que rodean a las células. Pero ahora, las células también lo haría probablemente absolutamente como un material que va a ser capaz de ser conductor, debido a las propias células responden muy bien y en realidad conducir señales entre ellos. Se los puede ver ahora superando de forma sincrónica en estos materiales, y eso es un hecho muy, muy emocionante que está pasando.
Así que para concluir, me gustaría decir realmente que ser capaz de trabajar en este tipo de campo, todos los que trabajan en este campo que no es sólo ciencia super emocionante, sino también tiene el potencial de impactar en los pacientes, ya sea grande o pequeño que sea, es realmente un gran privilegio. Y así, por eso, me gustaría dar las gracias a todos ustedes también.
Gracias.
Y por lo que algunas de las cosas que estamos pensando, y muchas otras personas en el campo está pensando, en realidad están desarrollando materiales para ello. Pero hay una diferencia aquí. Todavía tenemos la química, todavía tenemos la mecánica, todavía necesitamos topografía muy interesante, de lo que hay maneras muy interesantes que rodean a las células. Pero ahora, las células también lo haría probablemente absolutamente como un material que va a ser capaz de ser conductor, debido a las propias células responden muy bien y en realidad conducir señales entre ellos. Se los puede ver ahora superando de forma sincrónica en estos materiales, y eso es un hecho muy, muy emocionante que está pasando.
Así que para concluir, me gustaría decir realmente que ser capaz de trabajar en este tipo de campo, todos los que trabajan en este campo que no es sólo ciencia super emocionante, sino también tiene el potencial de impactar en los pacientes, ya sea grande o pequeño que sea, es realmente un gran privilegio. Y así, por eso, me gustaría dar las gracias a todos ustedes también.
Gracias.
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