Czy kości wyhodowane w laboratorium mogłyby zastąpić przeszczepy tkanek i wielokrotne bolesne operacje? Nina Tandon jest dyrektorem generalnym i współzałożycielką EpiBone, firmy biotechnologicznej z siedzibą na Brooklynie, która została wybrana jako jeden z pionierów technologii 2015 Światowego Forum Ekonomicznego. Tandon jest również Młodym Naukowcem Światowego Forum Ekonomicznego, który będzie przemawiał na Dorocznym Spotkaniu Nowych Mistrzów w Tianjin, w Chinach, od 26 do 28 czerwca.
Czym się zajmujecie?
Wyhodujemy kości z komórek macierzystych, aby, miejmy nadzieję, pomóc ludziom, którzy potrzebują rekonstrukcji szkieletu.
Jak to robicie?
Pobieramy dwie rzeczy od pacjenta. Jedną z nich jest próbka tkanki tłuszczowej, z której pobieramy komórki macierzyste. Drugą jest tomografia komputerowa, która jest jak trójwymiarowe zdjęcie rentgenowskie kości, którą chcemy zaprojektować. Na tej podstawie tworzymy idealny kształt, który nazywamy rusztowaniem. Rusztowanie to może być wykonane z białka i kolagenu pochodzącego z kości zwierzęcych lub z materiałów syntetycznych. Wszczepiamy komórki do tego puzzlowego kształtu, tego rusztowania, i w ciągu około trzech tygodni komórki dojrzewają do kawałka kości, który jest gotowy do wszczepienia.
Jaka jest przewaga nad konwencjonalnymi przeszczepami kości lub przeszczepami syntetycznymi?
Obecny złoty standard w procedurach rekonstrukcyjnych nazywany jest autoprzeszczepem, gdzie wycinamy kawałek kości z jednej części ciała i umieszczamy go w innej. Działa to całkiem dobrze tam, gdzie potrzebna jest kość, ale może powodować inne problemy, ponieważ nie ma kawałka kości, który nie jest naprawdę potrzebny w organizmie. Na przykład, mój narzeczony miał operację rekonstrukcji kostki. Zabrali mu kawałek kości biodrowej, a jego brzuch nawet teraz boli tak samo jak kostka.
Syntetyczne implanty wytrzymują tylko pewien okres czasu, a ludzie żyją coraz dłużej. Jeśli doznasz kontuzji w wieku 15 lat i dożyjesz 115 lat, pomysł, że twój implant wytrzyma tylko 10-15 lat, staje się nie do utrzymania. Potrzebujemy więc nowych rozwiązań dla naprawy szkieletu.
Mamy również nadzieję, że dzięki naszemu podejściu nie będzie potrzeby stosowania leków immunosupresyjnych, ponieważ uznano by, że jest to własne ciało, ponieważ jest to twoje własne DNA.
Jak daleko posunięte są twoje badania?
Obecnie przeprowadzamy eksperymenty na zwierzętach i sądzimy, że od prób na ludziach dzieli nas około 18 miesięcy.
Zaprzyjaźniliśmy się z wieloma chirurgami na przestrzeni lat, a oni desperacko potrzebują takich rzeczy. Mają pacjentów, których chcą leczyć. Codziennie dostajemy maile od ludzi, którzy chcą się zgłosić na ochotnika. Ale najpierw musimy się upewnić, że to wszystko jest bezpieczne.
Kto z tego skorzysta?
Już teraz skupiamy się na kościach powyżej szyi, w przypadku raka, urazów, wad wrodzonych i chirurgii stomatologicznej. W tym obszarze, w samych Stanach Zjednoczonych wykonuje się około 100 000 zabiegów rocznie. Po krwi, kość jest najczęściej przeszczepianą tkanką.
Czy możecie również hodować większe kości?
W teorii tak, ale materiały naszych rusztowań dyktują niektóre z naszych ograniczeń. Dlatego uważnie obserwujemy każdy postęp w materiałoznawstwie, który sugeruje, że możemy wyhodować większe, mocniejsze kości.
A co z wyhodowaniem całej nogi lub ręki?
Wszyscy widzimy przyszłość, w której nasze podejście może być wykorzystane do regeneracji całej kończyny, ale to będzie znacznie dalej, ponieważ jest wiele tkanek, które wchodzą w skład kończyny. Jest tam skóra, neurony, mięśnie, kości, ścięgna, więzadła, a wszystkie te rzeczy hoduje się w różnych mikrośrodowiskach. Najnowocześniejszą metodą jest hodowla dwóch rodzajów tkanek razem – kości i chrząstki lub mięśni i nerwów – a to już jest trudne. Mamy jednak nadzieję, że uda nam się stworzyć podstawy dla tej przyszłej technologii.
Jakie są Twoje inne wyzwania?
Naszym głównym wyzwaniem jest przełożenie pracy z laboratorium do kliniki, do ludzi. Musimy się nie wychylać i wykonać naprawdę dobrą robotę naukową, abyśmy mogli dostać się do kliniki i pomagać ludziom.
Jakie są Twoje długoterminowe cele?
Chciałabym móc powiedzieć, że jeśli urodzisz się z wadami wrodzonymi, nie musisz być skazany na dożywotnie oszpecenie, że możesz mieć odnowioną twarz. W szerszym ujęciu, podoba mi się pomysł, że możemy spojrzeć na nasze własne ciało jako źródło uzdrowienia, w przeciwieństwie do tabletek i maszyn.
W pewnym sensie jest to rolnicze i ekologiczne spojrzenie na ciało, połączone z produkcją 3D. To jest tak stare, że aż nowe. Pomysł, że możemy kultywować naturalne systemy, ma swoje korzenie w prehistorii, w udomowieniu zwierząt. Ale teraz jest na nowo interpretowana jako „Czy możemy naprawić nasze ciała przy użyciu naszych własnych komórek?”
Początkowo kształcił się Pan jako inżynier elektryk. Jak przeszedłeś od programowania chipów do hodowania kości?
Na początku lat 2000 pracowałem w telekomunikacji i zacząłem brać lekcje fizjologii w nocy w lokalnym community college. Czytanie o DNA i uświadomienie sobie, że jest ono znacznie potężniejsze niż binarne urządzenie magazynujące, było dla mnie silną analogią. Skończyło się na tym, że poszedłem do MIT, aby studiować interfejsy neuronowe. Wraz z innym post-docem, Sarindrem Bhumirataną, pomogłem stworzyć EpiBone w laboratorium mojego promotora doktoratu. Ja hodowałem tkankę sercową i nerwową, a on hodował kości i chrząstki. Jest to więc z pewnością praca zespołowa.
Jako osoba, która pasjonuje się nauką, jak zachęciłabyś więcej kobiet do podjęcia pracy w dziedzinach STEM (nauki ścisłe, technologia, inżynieria i matematyka)?
Jako małe dzieci wszyscy interesujemy się nauką, ale potem musimy zawęzić nasze studia w wieku nastoletnim. To właśnie wtedy zaczynamy tracić nasze dziewczynki, ale także wielu chłopców, więc upewnijmy się, że znajdziemy sposoby, aby pozostali zaangażowani. Zabawki są świetną furtką i jest kilku genialnych innowatorów w tej dziedzinie, jak Ayah Bdeir z littleBits i Debbie Sterling z GoldieBlox. Pamiętając, że nauka to zabawa, a kariera może być również zabawą, to wszystko są sposoby, aby upewnić się, że mamy zróżnicowany zestaw współpracowników.
Ten wywiad został wyprodukowany we współpracy ze Światowym Forum Ekonomicznym.