TEDGlobal 2013
Molly Stevens: A new way to grow bone
Моллі Стівенс: Новий спосіб вирощувати кістку
Filmed:
Readability: 4.3
1,271,408 views
Як вирощувати кістку у великих обсягагах? Типовий підхід до
регенерації кістки - зібрати кісткову тканину зі стегна пацієнта
і помістити її в пошкоджене місце - має обмеження та
спричиняє сильний біль ще кілька років по операції. У змістовній бесіді Моллі
Стівенс представляє нове застосування стовбурових клітин -
використання внтурішньої здатності кістки до регенерації і
безболісне продукування великих обсягів кісткової тканини.
Molly Stevens - Biomaterials researcher
Molly Stevens studies and creates new biomaterials that could be used to detect disease and repair bones and human tissue. Full bio
Molly Stevens studies and creates new biomaterials that could be used to detect disease and repair bones and human tissue. Full bio
Double-click the English transcript below to play the video.
00:12
As humans, it's in our nature
0
462
1699
Ми завжди прагнемо зміцнити
00:14
to want to improve our health
and minimize our suffering.
and minimize our suffering.
1
2161
3294
своє здоров'я і полегшити страждання, бо така є людська вдача.
00:17
Whatever life throws at us,
2
5455
1667
Що б не спіткало в житті,
00:19
whether it's cancer, diabetes, heart disease,
3
7122
2465
рак, діабет чи хвороба серця,
00:21
or even broken bones, we want to try and get better.
4
9587
3192
або навіть зламані кістки, ми завжди шукаємо кращих шляхів лікування.
00:24
Now I'm head of a biomaterials lab,
5
12779
2483
Я очолюю лабораторію біоматеріалів,
00:27
and I'm really fascinated by the way that humans
6
15262
2740
і мене справді вражає,
00:30
have used materials in really creative ways
7
18002
2468
як споконвіку люди вигадливо застосовують
00:32
in the body over time.
8
20470
2744
в людському тілі різні матеріали.
00:35
Take, for example, this beautiful blue nacre shell.
9
23214
3646
Візьмемо, до прикладу, красиву блакитно-перламутрову мушлю.
00:38
This was actually used by the Mayans
10
26860
1882
Майя використовували її
00:40
as an artificial tooth replacement.
11
28742
3539
як штучні зуби.
00:44
We're not quite sure why they did it.
12
32281
1633
Ми не знаємо точно, навіщо вони це робили.
00:45
It's hard. It's durable.
13
33914
2576
Мушля тверда і міцна.
00:48
But it also had other very nice properties.
14
36490
4118
Однак, вона має й інші гарні властивості.
00:52
In fact, when they put it into the jawbone,
15
40608
2280
Якщо вставити її у щелепну кістку,
00:54
it could integrate into the jaw,
16
42888
2907
мушля може з'єднатися зі щелепою.
00:57
and we know now with very sophisticated
17
45795
2098
Ми дізналися про це завдяки
00:59
imaging technologies
18
47893
1673
новітнім технологіям відтворення зображень.
01:01
that part of that integration comes from the fact
19
49566
2349
Місце з'єднання помітно,
01:03
that this material is designed
20
51915
1687
тому що матеріал мушлі особливий,
01:05
in a very specific way, has a beautiful chemistry,
21
53602
2819
він має унікальний хімічний склад
01:08
has a beautiful architecture.
22
56421
2228
і прекрасну архітектуру.
01:10
And I think in many ways we can sort of think
23
58649
1752
Завдяки використанню майя блакитно-перламутрової мушлі
01:12
of the use of the blue nacre shell and the Mayans
24
60401
3007
як замінника зуба,
01:15
as the first real application
25
63408
1520
можна вважати їх першими,
01:16
of the bluetooth technology.
26
64928
2295
хто застосував технологію bluetooth.
01:19
(Laughter)
27
67223
1462
(Сміх)
01:20
But if we move on and think throughout history
28
68685
4393
Якщо ж ми будемо рухатися далі, то побачимо,
01:25
how people have used different
materials in the body,
materials in the body,
29
73078
2984
що впродовж історії саме лікарі найчастіше застосовували
01:28
very often it's been physicians
30
76062
1714
різні матеріали в людському тілі,
01:29
that have been quite creative.
31
77776
1392
і були в цьому дуже вигадливими.
01:31
They've taken things off the shelf.
32
79168
1968
Вони буквально використовували все, що бачили.
01:33
One of my favorite examples
33
81136
1885
Один з моїх найулюбленіших прикладів -
01:35
is that of Sir Harold Ridley,
34
83036
3242
це сер Гарольд Рідлі,
01:38
who was a famous ophthalmologist,
35
86278
2138
який був відомим офтальмологом,
01:40
or at least became a famous ophthalmologist.
36
88416
2568
чи принаймні став ним.
01:42
And during World War II, what he would see
37
90984
1927
Протягом Другої Світової Війни він обстежував
01:44
would be pilots coming back from their missions,
38
92911
2852
пілотів, що поверталися зі своїх завдань.
01:47
and he noticed that within their eyes
39
95763
1752
У них в очах він помічав
01:49
they had shards of small bits of material
40
97515
2940
маленькі уламки якогось матеріалу,
01:52
lodged within the eye,
41
100455
1520
застряглі прямо в оці.
01:53
but the very interesting thing about it
42
101975
1699
Найцікавіше,
01:55
was that material, actually, wasn't causing
43
103674
2293
що цей матеріал не викликав жодних
01:57
any inflammatory response.
44
105967
2013
запалювальних процесів.
01:59
So he looked into this, and he figured out
45
107980
2339
Роздивившись їх, він виявив,
02:02
that actually that material was little shards of plastic
46
110319
2604
що це були уламки пластику
02:04
that were coming from the canopy of the Spitfires.
47
112923
2739
з ліхтарів кабіни Спітфайрів.
02:07
And this led him to propose that material
48
115662
2401
Це спонукало його запропонувати цей матеріал
02:10
as a new material for intraocular lenses.
49
118063
2762
для виготовлення очних лінз.
02:12
It's called PMMA, and it's now used
50
120825
2105
Це - органічне скло (ПММА), яке тепер
02:14
in millions of people every year
51
122930
1802
рятує мільйони людей
02:16
and helps in preventing cataracts.
52
124732
2769
від катаракти.
02:19
And that example, I think, is a really nice one,
53
127501
2309
На мою думку, цей приклад вельми доречний,
02:21
because it helps remind us that in the early days,
54
129810
2435
адже він нагадує нам, що раніше
02:24
people often chose materials
55
132245
1953
обирались ті матеріали,
02:26
because they were bioinert.
56
134198
1885
що були біоінертними.
02:28
Their very purpose was to
perform a mechanical function.
perform a mechanical function.
57
136083
3512
Вони виконували суто механічні функції.
02:31
You'd put them in the body
58
139595
1450
Ці матеріали поміщали в тіло,
02:33
and you wouldn't get an adverse response.
59
141045
2164
і процесів відторгнення не відбувалося.
02:35
And what I want to show you is that
60
143209
1668
Я ж хочу показати,
що в регенеративній медицині
02:36
in regenerative medicine,
61
144877
1381
02:38
we've really shifted away from that idea
62
146258
1824
ми вже відмовилися
02:40
of taking a bioinert material.
63
148082
1913
від біоінертних матеріалів.
02:41
We're actually actively looking for materials
64
149995
2289
Ми навпаки, в пошуку матеріалів,
02:44
that will be bioactive, that will interact with the body,
65
152284
2968
які будуть біоактивними, які взаємодіятимуть із тілом,
02:47
and that furthermore we can put in the body,
66
155252
2327
поміщені в тіло,
02:49
they'll have their function,
67
157579
1449
виконають свою функцію
02:51
and then they'll dissolve away over time.
68
159028
4550
і з часом розчиняться.
02:55
If we look at this schematic,
69
163578
1933
Подивімось на цю схему,
02:57
this is showing you what we think of
70
165511
1601
вона показує, як ми розуміємо
02:59
as the typical tissue-engineering approach.
71
167112
2137
застосування тканинної інженерії.
03:01
We have cells there, typically from the patient.
72
169249
2844
Ми беремо клітини від пацієнта,
03:04
We can put those onto a material,
73
172093
1882
поміщаємо їх в матеріал,
03:05
and we can make that material
very complex if we want to,
very complex if we want to,
74
173975
2708
який можемо зробити доволі складним,
03:08
and we can then grow that up in the lab
75
176708
2170
вирощуємо все це в лабораторії,
03:10
or we can put it straight back into the patient.
76
178878
2515
або поміщаємо одразу в тіло пацієнта.
03:13
And this is an approach that's
used all over the world,
used all over the world,
77
181393
2451
Цей підхід застосовується по всьому світу
03:15
including in our lab.
78
183844
3523
і в нашій лабораторії також.
03:19
But one of the things that's really important
79
187367
2457
А найважливіше те,
03:21
when we're thinking about stem cells
80
189824
1878
що стовбурові клітини
03:23
is that obviously stem cells
can be many different things,
can be many different things,
81
191702
2579
можуть і готові ставати
03:26
and they want to be many different things,
82
194281
1764
багатьма різними речами.
03:28
and so we want to make sure that the environment
83
196045
1876
Тож необхідно переконатися, що середовище,
03:29
we put them into has enough information
84
197921
2350
в яке ми їх поміщаємо, має достатньо інформації
03:32
so that they can become the right sort
85
200271
1996
для того, щоб ці клітини стали потрібним
03:34
of specialist tissue.
86
202267
2686
видом тканини.
03:36
And if we think about the different types of tissues
87
204953
3063
Якщо говорити про різні типи тканин,
03:40
that people are looking at regenerating
88
208016
2019
які необхідно регенерувати людям
03:42
all over the world, in all the
different labs in the world,
different labs in the world,
89
210035
2311
по всьому світу, в різноманітних лабораторіях,
03:44
there's pretty much every tissue you can think of.
90
212346
2936
то є потреба в усіх з них.
03:47
And actually, the structure of those tissues
91
215282
1622
Структура цих тканин різноманітна,
03:48
is quite different, and it's going to really depend
92
216904
2614
до того ж, важливе значення має,
03:51
on whether your patient has any underlying disease,
93
219518
2418
чи є у пацієнта основна хвороба
03:53
other conditions, in terms of how
94
221936
3050
та інші умови, що впливають на спосіб,
03:56
you're going to regenerate your tissue,
95
224986
1561
в який тканину буде регенеровано.
03:58
and you're going to need to think about the materials
96
226547
1985
Крім того, матеріали
04:00
you're going to use really carefully,
97
228532
2054
треба використовувати обережно,
04:02
their biochemistry, their mechanics,
98
230586
1725
враховуючи їхню біохімію, механіку
04:04
and many other properties as well.
99
232311
3738
та інші властивості.
04:08
Our tissues all have very
different abilities to regenerate,
different abilities to regenerate,
100
236049
3300
Всі людські тканини мають різну здатність до регенерації.
04:11
and here we see poor Prometheus,
101
239349
1742
Тут ми бачимо бідолашного Прометея,
04:13
who made a rather tricky career choice
102
241091
3093
він ризикнув,
04:16
and was punished by the Greek gods.
103
244184
2934
за що грецькі боги його покарали.
04:19
He was tied to a rock, and an eagle would come
104
247118
2321
Його було прикуто до скелі, і щодня прилітав орел
04:21
every day to eat his liver.
105
249439
1603
та з'їдав його печінку.
04:23
But of course his liver would regenerate every day,
106
251042
2267
Звісно, кожного разу його печінка відновлювалась,
04:25
and so day after day he was punished
107
253309
2272
тож так день у день, цілу вічність
04:27
for eternity by the gods.
108
255581
5797
здійснювалася кара богів.
04:33
And liver will regenerate in this very nice way,
109
261378
3880
Печінка регенерується у такий простий спосіб,
04:37
but actually if we think of other tissues,
110
265258
1776
однак інші тканини,
04:39
like cartilage, for example,
111
267034
1769
такі як хрящ, наприклад,
04:40
even the simplest nick and you're going to find it
112
268803
2056
навіть найменший поріз -
04:42
really difficult to regenerate your cartilage.
113
270859
2443
і хрящ вже буде дуже складно регенерувати.
04:45
So it's going to be very different from tissue to tissue.
114
273302
3114
Тож кожний тип тканини вимагає особливого підходу.
04:48
Now, bone is somewhere in between,
115
276416
2800
Кістка має середню складність,
04:51
and this is one of the tissues
that we work on a lot in our lab.
that we work on a lot in our lab.
116
279216
2900
це одна з тканин, з якими ми багато працюємо в нашій лабораторії.
04:54
And bone is actually quite good at repairing.
117
282116
1984
Кістки дуже гарно відновлюються.
04:56
It has to be. We've probably all had fractures
118
284100
2013
І так повинно бути. Скоріш за все, у всіх нас були переломи
04:58
at some point or other.
119
286113
1812
в різний час.
04:59
And one of the ways that you can think
120
287925
2157
Одним із можливих способів
05:02
about repairing your fracture
121
290082
1689
відновлення перелому
05:03
is this procedure here, called
an iliac crest harvest.
an iliac crest harvest.
122
291771
2827
є процедура під назвою забір з гребня клубової кістки.
05:06
And what the surgeon might do
123
294598
1666
В такому випадку хірург
05:08
is take some bone from your iliac crest,
124
296264
3195
бере трохи кісткової тканини з гребня клубової кістки,
05:11
which is just here,
125
299459
1378
який знаходиться тут,
05:12
and then transplant that
somewhere else in the body.
somewhere else in the body.
126
300837
2524
і трансплантує її десь в інше місце в тілі.
05:15
And it actually works really well,
127
303361
1600
Виходить дійсно добре,
05:16
because it's your own bone,
128
304961
1499
тому що це рідна кістка,
05:18
and it's well vascularized,
129
306460
1234
і вона щільно пронизана судинами,
05:19
which means it's got a really good blood supply.
130
307694
2369
тобто гарно постачається кров'ю.
05:22
But the problem is, there's
only so much you can take,
only so much you can take,
131
310063
2783
Проблема в тому, що тканини можна взяти небагато,
05:24
and also when you do that operation,
132
312846
2923
крім того, після цієї операції
05:27
your patients might actually have significant pain
133
315769
2539
пацієнти можуть відчувати значний біль
05:30
in that defect site even two
years after the operation.
years after the operation.
134
318308
3241
в місці дефекту навіть через два роки після операції.
05:33
So what we were thinking is,
135
321549
1886
Ми думали над тим,
05:35
there's a tremendous need
for bone repair, of course,
for bone repair, of course,
136
323435
3149
що, дійсно, існує велика потреба у відновленні кісток,
05:38
but this iliac crest-type approach
137
326584
2487
однак гребне-клубовий підхід
05:41
really has a lot of limitations to it,
138
329071
2432
має забагато застережень.
05:43
and could we perhaps recreate
139
331503
2234
І, можливо, ми могли б при потребі
05:45
the generation of bone within the body
140
333737
2169
відтворити процес генерації кістки всередині тіла,
05:47
on demand and then be able to transplant it
141
335906
3315
а потім трансплантувати отримане,
05:51
without these very, very painful aftereffects
142
339221
4905
уникаючи такої болючої післядії,
05:56
that you would have with the iliac crest harvest?
143
344126
3683
як при заборі з гребня клубової кістки?
05:59
And so this is what we did, and the way we did it
144
347809
2662
Тож ми здійснили це,
06:02
was by coming back to this typical tissue-engineering approach
145
350471
3338
повернувшись до типового для тканинної інженерії підходу,
06:05
but actually thinking about it rather differently.
146
353809
2387
на який ми, однак, подивились по-новому.
06:08
And we simplified it a lot,
147
356196
1919
Ми його значно спростили,
06:10
so we got rid of a lot of these steps.
148
358115
2051
позбувшися цих кроків.
06:12
We got rid of the need to
harvest cells from the patient,
harvest cells from the patient,
149
360166
2374
Ми позбулися потреби збирати клітини від пацієнта,
06:14
we got rid of the need to put
in really fancy chemistries,
in really fancy chemistries,
150
362540
2917
проводити складні хімічні досліди
06:17
and we got rid of the need
151
365457
1692
та
06:19
to culture these scaffolds in the lab.
152
367149
2828
культивувати матриці в лабораторії.
06:21
And what we really focused on
153
369977
2179
Ми зосередились
06:24
was our material system and making it quite simple,
154
372156
3749
на системі матеріалів,
06:27
but because we used it in a really clever way,
155
375905
2325
яку спростили, але в такий хитрий спосіб,
06:30
we were able to generate enormous amounts of bone
156
378230
2647
що це дозволило виробляти
06:32
using this approach.
157
380877
1646
велику кількість кістки.
06:34
So we were using the body
158
382523
1753
Тож ми використовуємо тіло,
06:36
as really the catalyst to help us
159
384276
2120
як каталізатор для вироблення
06:38
to make lots of new bone.
160
386396
2543
великої кількості нової кістки.
06:40
And it's an approach that we call
161
388939
1583
Цей підхід ми називаємо
06:42
the in vivo bioreactor, and we were able to make
162
390522
2811
біореактором in vivo, завдяки йому
06:45
enormous amounts of bone using this approach.
163
393333
2486
нам вдалося виробити багато нової кістки.
06:47
And I'll talk you through this.
164
395819
1239
Я розповім вам про це.
06:49
So what we do is,
165
397058
2480
Ми робимо наступне.
06:51
in humans, we all have a layer of stem cells
166
399538
2343
У всіх людей є шар стовбурових клітин
06:53
on the outside of our long bones.
167
401881
1888
на зовнішній стороні довгих кісток.
06:55
That layer is called the periosteum.
168
403769
1703
Цей шар називається окістя.
06:57
And that layer is actually normally
169
405472
2288
Зазвичай воно
06:59
very, very tightly bound to the underlying bone,
170
407760
2649
щільно прилягає до кістки
07:02
and it's got stem cells in it.
171
410409
1432
і містить стовбурові клітини.
07:03
Those stem cells are really important
172
411841
1419
Вони є дуже важливими
07:05
in the embryo when it develops,
173
413260
1809
для розвитку ембріона,
07:07
and they also sort of wake up if you have a fracture
174
415069
2242
а при переломі вони ніби прокидаються,
07:09
to help you with repairing the bone.
175
417311
2861
щоб допомогти відновити кістку.
07:12
So we take that periosteum layer
176
420172
2093
Ми розробили спосіб,
07:14
and we developed a way to inject underneath it
177
422265
2990
в який вводимо під окістя
07:17
a liquid that then, within 30 seconds,
178
425255
2816
рідину, яка, за 30 секунд
07:20
would turn into quite a rigid gel
179
428071
1745
перетворившись на густий гель,
07:21
and can actually lift the
periosteum away from the bone.
periosteum away from the bone.
180
429816
3253
відділяє окістя від кістки.
07:25
So it creates, in essence, an artificial cavity
181
433069
3688
По суті, він створює штучну порожнину,
07:28
that is right next to both the bone
182
436757
3547
яка межує з кісткою
07:32
but also this really rich layer of stem cells.
183
440304
3701
та багатим шаром стовбурових клітин.
07:36
And we go in through a pinhole incision
184
444005
1612
Ми потрапляємо всередину крізь отвір від голки,
07:37
so that no other cells from the body can get in,
185
445617
2953
щоб інші стовбурові клітини не змогли туди потрапити.
07:40
and what happens is that that
artificial in vivo bioreactor cavity
artificial in vivo bioreactor cavity
186
448570
4792
Виходить так, що ця штучна порожнина біореактора in vivo
07:45
can then lead to the proliferation of these stem cells,
187
453362
2676
спонукає стовбурові клітини до поділу,
07:48
and they can form lots of new tissue,
188
456038
2086
тож вони формують багато нової тканини,
07:50
and then over time, you can harvest that tissue
189
458124
2318
яку ви можете згодом зібрати
07:52
and use it elsewhere in the body.
190
460442
2948
й використати деінде в тілі.
07:55
This is a histology slide
191
463390
2144
На цьому гістологічному слайді
07:57
of what we see when we do that,
192
465534
2170
зображене те, що ми бачимо в процесі.
07:59
and essentially what we see
193
467704
2517
По суті, ми бачимо
08:02
is very large amounts of bone.
194
470221
1634
велику кількість кістки.
08:03
So in this picture, you can see the middle of the leg,
195
471855
2480
На цьому малюнку бачимо середину ноги,
08:06
so the bone marrow,
196
474335
1501
це - кістковий мозок,
08:07
then you can see the original bone,
197
475836
1804
далі бачимо рідну кістку,
08:09
and you can see where that original bone finishes,
198
477640
2856
і бачимо, де рідна кістка закінчується,
08:12
and just to the left of that is the new bone
199
480496
2511
а зліва - це нова кістка,
08:15
that's grown within that bioreactor cavity,
200
483007
2037
вирощена в біореактивній порожнині,
08:17
and you can actually make it even larger.
201
485044
2431
її можна виростити навіть ще більшою.
08:19
And that demarcation that you can see
202
487475
2627
Ця межа, що її ви бачите
08:22
between the original bone and the new bone
203
490102
2351
між рідною кісткою та новою,
08:24
acts as a very slight point of weakness,
204
492453
2013
є трохи слабким місцем,
08:26
so actually now the surgeon can come along,
205
494466
2134
тож тепер робота хірурга
08:28
can harvest away that new bone,
206
496600
2024
зібрати нову кістку,
08:30
and the periosteum can grow back,
207
498624
2203
а окістя відросте знову,
08:32
so you're left with the leg
208
500827
1869
тому нога залишиться
08:34
in the same sort of state
209
502696
1550
в такому ж стані,
08:36
as if you hadn't operated on it in the first place.
210
504246
2002
як до операції на ній.
08:38
So it's very, very low in terms of after-pain
211
506248
3849
Тому і біль після операції набагато менший,
08:42
compared to an iliac crest harvest.
212
510097
3855
проти болю від збору з гребня клубової кістки.
08:45
And you can grow different amounts of bone
213
513952
2104
Можна вирощувати скільки завгодно кістки,
08:48
depending on how much gel you put in there,
214
516056
2019
залежно від того, скільки гелю ввести,
08:50
so it really is an on demand sort of procedure.
215
518075
3202
тож це дійсно процедура, що робиться при потребі.
08:53
Now, at the time that we did this,
216
521277
2202
Відтоді, як ми почали цим займатися,
08:55
this received a lot of attention in the press,
217
523479
3337
преса приділяла цій роботі чимало уваги,
08:58
because it was a really nice way
218
526816
2431
адже це дійсно чудовий спосіб
09:01
of generating new bone,
219
529247
1466
виробляти нову кістку.
09:02
and we got many, many contacts
220
530713
1995
І до нас зверталися різні люди,
09:04
from different people that
were interested in using this.
were interested in using this.
221
532708
2618
щоб використати його на собі.
09:07
And I'm just going to tell you,
222
535326
1789
Я розкажу вам,
09:09
sometimes those contacts are very strange,
223
537115
2953
які часом дивні і несподівані
09:12
slightly unexpected,
224
540068
1860
бувають звернення.
09:13
and the very most interesting,
225
541928
3062
А найцікавіше,
09:16
let me put it that way, contact that I had,
226
544990
2285
скажімо так, звернення
09:19
was actually from a team of American footballers
227
547275
3211
було від американської команди футболістів,
09:22
that all wanted to have double-thickness skulls
228
550486
3380
всі вони хотіли
09:25
made on their head.
229
553866
4281
зміцнити собі череп.
09:30
And so you do get these kinds of contacts,
230
558156
2724
І такі звернення трапляються,
09:32
and of course, being British
231
560880
2617
звісно, я, як британка,
09:35
and also growing up in France,
232
563497
1754
що виховувалася і у Франції,
09:37
I tend to be very blunt,
233
565251
2142
буваю дуже прямолінійною,
09:39
and so I had to explain to them very nicely
234
567393
2041
тому я чемно пояснила,
09:41
that in their particular case,
235
569434
1475
що в їхньому випадку
09:42
there probably wasn't that much in there
236
570909
2014
під зміцненим черепом
09:44
to protect in the first place.
237
572923
2988
нічого буде захищати.
09:47
(Laughter)
238
575911
1570
(Сміх)
09:49
(Applause)
239
577481
1253
(Оплески)
09:50
So this was our approach,
240
578734
1855
Отже, це наш підхід,
09:52
and it was simple materials,
241
580589
1644
це прості матеріали,
09:54
but we thought about it carefully.
242
582233
1987
але ретельно обдумані.
09:56
And actually we know that those cells
243
584220
1620
Відомо, що ці клітини
09:57
in the body, in the embryo, as they develop
244
585840
2138
в тілі, в ембріоні
09:59
can form a different kind of tissue, cartilage,
245
587978
3229
можуть формувати різні тканини, і хрящ.
10:03
and so we developed a gel that was slightly different
246
591207
2555
Тож ми розробили трохи інший гель
10:05
in nature and slightly different chemistry,
247
593762
2419
за природою і складом,
10:08
put it in there, and we were able to get
248
596181
2147
ввели його туди, і змогли отримати
10:10
100 percent cartilage instead.
249
598328
2178
стовідсотковий хрящ.
10:12
And this approach works really well, I think,
250
600506
2008
На мою думку, цей підхід працює добре
10:14
for pre-planned procedures,
251
602514
2482
для заздалегідь спланованих процедур,
10:16
but it's something you do have to pre-plan.
252
604996
2872
це те, що обов'язково потрібно спочатку спланувати.
10:19
So for other kinds of operations,
253
607868
2268
Інші види операцій
10:22
there's definitely a need for other
254
610136
1697
потребують інакших
10:23
scaffold-based approaches.
255
611833
2503
матрице-орієнтованих підходів.
10:26
And when you think about designing
256
614336
2369
Для розробки дизайну
10:28
those other scaffolds, actually,
257
616705
1638
інших матриць
10:30
you need a really multi-disciplinary team.
258
618343
1971
необхідна команда фахівців з багатьох галузей.
10:32
And so our team has chemists,
259
620314
2065
Тож в нашій команді є хіміки,
10:34
it has cell biologists, surgeons, physicists even,
260
622379
3377
клітинні біологи, хірурги, навіть фізики.
10:37
and those people all come together
261
625756
2030
Ми всі збираємося разом
10:39
and we think really hard about
designing the materials.
designing the materials.
262
627786
2411
і ретельно обдумуємо дизайн нових матеріалів.
10:42
But we want to make them have enough information
263
630197
2966
Ми прагнемо розмістити в них достатньо інформації,
10:45
that we can get the cells to do what we want,
264
633163
2154
щоб змусити клітини робити так, як нам треба,
10:47
but not be so complex as to make it difficult
265
635317
2377
але і не робити їх надто складними, щоб вони були
10:49
to get to clinic.
266
637694
1743
доступними в клініці.
10:51
And so one of the things we think about a lot
267
639437
2751
Одна із задач, над якою ми багато працюємо -
10:54
is really trying to understand
268
642188
1795
це зрозуміти
10:55
the structure of the tissues in the body.
269
643983
2377
структуру тканин у тілі.
10:58
And so if we think of bone,
270
646360
1660
Коли ми вивчаємо кістку,
11:00
obviously my own favorite tissue,
271
648020
2624
особисто мою улюблену тканину,
11:02
we zoom in, we can see,
272
650644
1557
ми збільшуємо і дивимось,
11:04
even if you don't know anything
about bone structure,
about bone structure,
273
652201
1882
навіть якщо ви нічого не знаєте про структуру кістки,
11:06
it's beautifully organized,
really beautifully organized.
really beautifully organized.
274
654083
2545
вона дійсно гарно скроєна.
11:08
We've lots of blood vessels in there.
275
656628
1887
Тут є багато кровоносних судин.
11:10
And if we zoom in again, we see that the cells
276
658515
2339
При збільшенні видно,
11:12
are actually surrounded by a 3D matrix
277
660854
2972
що клітини оточені тривимірною матрицею
11:15
of nano-scale fibers, and they give a lot
278
663826
2171
з нановолокон, які несуть багато
11:17
of information to the cells.
279
665997
2182
інформації про клітини.
11:20
And if we zoom in again,
280
668179
1614
Подальше збільшення
11:21
actually in the case of bone, the matrix
281
669793
2201
дає нам вигляд матриці
11:23
around the cells is beautifully organized
282
671994
2151
довкола клітин, прекрасно влаштованої
11:26
at the nano scale, and it's a hybrid material
283
674145
2467
на нанорівні. Це гібридний матеріал,
частково органічний, частково ні.
11:28
that's part organic, part inorganic.
284
676612
2584
А це веде до цілої галузі,
11:31
And that's led to a whole field, really,
285
679196
2072
що займається вдосконаленням матеріалів
з подібною гібридною структурою.
11:33
that has looked at developing materials
286
681268
2391
Тут я демонструю два приклади
11:35
that have this hybrid kind of structure.
287
683659
2748
виготовлених нами матеріалів з такою структурою,
11:38
And so I'm showing here just two examples
288
686407
3278
що їх можна справді кроїти.
11:41
where we've made some materials
that have that sort of structure,
that have that sort of structure,
289
689685
3120
Цей дуже м'який,
11:44
and you can really tailor it.
290
692805
1438
а цей гібридний матеріал
11:46
You can see here a very squishy one
291
694243
2064
винятково пругкий,
11:48
and now a material that's also
this hybrid sort of material
this hybrid sort of material
292
696307
4099
і зовсім не ламкий.
11:52
but actually has remarkable toughness,
293
700406
1947
А неорганічний матеріал був би доволі ламким,
11:54
and it's no longer brittle.
294
702369
1460
і не мав би такої
11:55
And an inorganic material
would normally be really brittle,
would normally be really brittle,
295
703829
2456
сили і міцності.
11:58
and you wouldn't be able to have
296
706285
1440
Ще хотілося б сказати,
11:59
that sort of strength and toughness in it.
297
707725
2188
що багато матриць, які ми виготовляємо, є пористими
12:01
One other thing I want to quickly mention is that
298
709913
2489
для того, щоб там виростали кровоносні судини.
12:04
many of the scaffolds we make
are porous, and they have to be,
are porous, and they have to be,
299
712402
2715
Зазвичай пори
12:07
because you want blood vessels to grow in there.
300
715117
2103
набагато більші за клітини,
12:09
But the pores are actually oftentimes
301
717220
1877
тому навіть у цьому 3D
12:11
much bigger than the cells,
302
719097
1293
клітина має вигляд пласкої хвилястої поверхні,
12:12
and so even though it's 3D,
303
720390
1711
що є трохи дивним.
12:14
the cell might see it more
as a slightly curved surface,
as a slightly curved surface,
304
722101
3355
Одне з можливих рішень -
12:17
and that's a little bit unnatural.
305
725456
1676
виготовляти матриці трохи менших розмірів,
12:19
And so one of the things you can think about doing
306
727132
2248
щоб вони оточували клітини у 3D
12:21
is actually making scaffolds
with slightly different dimensions
with slightly different dimensions
307
729380
3148
і давали їм більше інформації.
12:24
that might be able to surround your cells in 3D
308
732528
2793
Багато роботи проводиться в обох цих напрямках.
12:27
and give them a little bit more information.
309
735321
2569
Насамкінець хотілося сказати
12:29
And there's a lot of work going
on in both of these areas.
on in both of these areas.
310
737890
3567
про застосування цього при серцево-судинних захворюваннях,
12:33
Now finally, I just want to talk a little bit about
311
741471
3969
які є великою клінічною проблемою.
12:37
applying this sort of thing to cardiovascular disease,
312
745440
2708
Відомо,
12:40
because this is a really big clinical problem.
313
748148
3263
що після серцевого нападу, на жаль,
12:43
And one of the things that we know is that,
314
751411
3585
тканина може відмирати,
12:46
unfortunately, if you have a heart attack,
315
754996
2239
що може призвести до невтішного результату.
12:49
then that tissue can start to die,
316
757235
2902
Було б чудово,
12:52
and your outcome may not be very good over time.
317
760137
3751
якби ми змогли зупинити відмирання
12:55
And it would be really great, actually,
318
763888
1710
або регенерувати тканину.
12:57
if we could stop that dead tissue
319
765598
1919
По всьому світу відбувається безліч дослідів зі стовбуровими клітинами,
12:59
either from dying or help it to regenerate.
320
767517
3985
які формують різні типи клітин.
13:03
And there's lots and lots of stem
cell trials going on worldwide,
cell trials going on worldwide,
321
771502
3248
Спільне в цих дослідах те,
13:06
and they use many different types of cells,
322
774750
2072
що клітини часто відмирають
13:08
but one common theme that seems to be coming out
323
776822
2352
після імплантації.
13:11
is that actually, very often, those cells will die
324
779174
2999
Їх поміщають як у серці,
13:14
once you've implanted them.
325
782173
1795
так і в кровоносній системі,
13:15
And you can either put them into the heart
326
783968
1875
проте ми не можемо
13:17
or into the blood system,
327
785843
2020
досягнути потрібної кількості клітин,
13:19
but either way, we don't seem to be able
328
787863
2362
яка б дісталася потрібного нам місця
13:22
to get quite the right number of cells
329
790225
1867
і змогла б здійснити вдалу
13:24
getting to the location we want them to
330
792092
2242
регенерацію клітин
13:26
and being able to deliver the sort of beautiful
331
794334
4494
для успішних клінічних результатів.
13:30
cell regeneration that we would like to have
332
798828
2740
Одне із завдань, над яким працюємо ми
13:33
to get good clinical outcomes.
333
801568
3417
та багато людей в цій галузі,
13:36
And so some of the things that we're thinking of,
334
804985
1983
це розробка необхідних матеріалів.
13:38
and many other people in the field are thinking of,
335
806968
3121
Відмінність у тому,
13:42
are actually developing materials for that.
336
810089
3006
що ми й досі потребуємо хімії, механіки,
13:45
But there's a difference here.
337
813095
1619
потребуємо цікавої топографії,
13:46
We still need chemistry, we still need mechanics,
338
814714
2210
а також цікавих рішень способів оточення клітин.
13:48
we still need really interesting topography,
339
816924
2671
Та і клітинам теж
13:51
and we still need really interesting
ways to surround the cells.
ways to surround the cells.
340
819595
2648
сподобається матеріал,
13:54
But now, the cells also
341
822243
2511
який буде провідником,
13:56
would probably quite like a material
342
824754
2025
тому що клітини самі будуть дуже добре відповідати
13:58
that's going to be able to be conductive,
343
826779
2018
і передавати сигнали між собою.
14:00
because the cells themselves will respond very well
344
828797
4209
Ви можете це бачити зараз,
14:05
and will actually conduct signals
between themselves.
between themselves.
345
833006
3479
клітини синхронно пульсують на цих матеріалах,
14:08
You can see them now
346
836485
1516
це є дійсно
14:10
beating synchronously on these materials,
347
838001
2475
14:12
and that's a very, very exciting development
348
840476
2779
дуже вражаюче дійство.
14:15
that's going on.
349
843255
2114
На завершення хочу сказати,
14:17
So just to wrap up, I'd like to actually say that
350
845369
4824
що працювати в цій галузі
14:22
being able to work in this sort of field,
351
850193
2356
для всіх нас означає
14:24
all of us that work in this field
352
852549
1654
не тільки захопливу науку,
14:26
that's not only super-exciting science,
353
854203
2509
а й можливість
14:28
but also has the potential
354
856712
2046
допомогти пацієнтам,
14:30
to impact on patients,
355
858758
1968
великим і малим,
14:32
however big or small they are,
356
860726
2430
і це дійсно великий привілей.
14:35
is really a great privilege.
357
863156
1553
На цьому дякую вам усім.
14:36
And so for that, I'd like to thank all of you as well.
358
864709
3144
Дякую.
14:39
Thank you.
359
867853
1317
(Оплески)
14:41
(Applause)
360
869170
4924
ABOUT THE SPEAKER
Molly Stevens - Biomaterials researcherMolly Stevens studies and creates new biomaterials that could be used to detect disease and repair bones and human tissue.
Why you should listen
At Imperial College London, Molly Stevens heads a highly multidisciplinary research group that designs bioactive materials for regenerative medicine and biosensing. It's fundamental science with an eye to practical applications as healthcare products.
Among the products from her lab: an engineered bone, cardiac tissue suitable for use in transplants, and disease-sensing nanoparticle aggregates that change color in the presence of even tiny quantities of cancer-related enzymes, making early sensing possible. As Stevens told The Lancet: "It's right down at the nanoscience level. It's really exciting stuff, but it actually results in something very tangibly useful."
Molly Stevens | Speaker | TED.com