Der Körper 3.0 | Nina Tandon | TEDxBerlin

Dieser Vortrag wurde bei einem nicht von den TED-Konferenzen ausgerichteten, örtlichen TEDx-Event gehalten.
Haben Sie je daran gedacht, was passiert, wenn Sie ein Körperteil, vielleicht einen Arm oder ein Bein, verlieren? Nina Tandon befasst sich mit dieser Frage in ihrem Vortrag und greift den Gedanken auf, das eigene Gewebe und den eigenen Knochen zu züchten, was sie als den "Körper 3.0" bezeichnet.

Hallo, alle zusammen!

Das ist Alana.

Als sie 11 Jahre alt war,

hatte sie beim Basketballspielen
einen tragischen Unfall.

Sie stürzte und zerschmetterte dabei
ihre Patella, ihre Kniescheibe.

Ihr Knie konnte wieder hergestellt werden.

Chirurgen zogen dazu
verschiedene Quellen heran.

Sie bekam eine Spender-Patella.

Zwei Bänder wurden aus einem
Teil ihres Muskels hergestellt.

Sie bekam zwei biopolymere Bänder

und Metall-Puffer,
die alles zusammenhalten.

Heute kann sie laufen, und nicht nur das.

Sie spielt Basketball, Softball,
sie turnt und so weiter.

Fragt man sie, wird sie sagen,
dass sie sehr dankbar dafür ist,

all diese Dinge tun zu können.

Aber sie hat eine klare Meinung dazu

und wird auch sagen,
dass sie nicht glaubt,

dass Knie in der Zukunft auf diese
Art und Weise repariert werden.

Sie stellt sich vor, dass sie
ihre eigenen Knorpel, ihre eigenen Bänder,

ihren eigenen Knochen aus ihren
eigenen Zellen züchten kann.

Sie will sich auch daran beteiligen.

Wir werden später noch dazu kommen,
aber greifen wir doch den Gedanken,

diese Idee, auf, wie es dazu gekommen ist.

Wie fing das alles an? Der Körper 1.0.

Hier ist ein Beispiel.
Dies ist eine berühmte Zeichnung.

Es ist "Der vitruvianische Mensch"
von Leonardo da Vinci,

eine schematische Darstellung
der menschlichen Form,

inspiriert von
architektonischen Zeichnungen.

Dies kann als Symbol für
die klassische Sichtweise auf den Körper

in vielen verschiedener Kulturen dienen:

also der Gedanke, dass es
eine vollständige Einheit ist,

an der man herumbasteln kann, aber die
im Großen und Ganzen intakt bleibt.

Es gibt Beispiele von Ägyptern,
die Zähne mit Muscheln reparierten,

sowie von indischen und
chinesischen Chirurgen.

Aber der wesentliche Gedanke ist der,
dass der Körper ganz ist.

Er ist eine funktionale Einheit,
eine ganze, funktionale Einheit.

Aber im 20. Jahrhundert kam der Wandel.

Also, was ist da passiert?

1924 gab es, hier in Deutschland,
die erste Dialyse-Maschine.

1960 ersetzte ein burmesischer
orthopädischer Chirurg

die Hüfte einer 83-jährigen buddhistischen
Nonne mit einem Stück Elfenbein.

1967 gab es die erste Herztransplantation.

Später kam das erste künstliche Herz,
künstliche Knie etc.

Aber der wesentliche Gedanke war,

dass wir uns vom menschlichen Körper

als eine Funktionseinheit verabschiedeten.

Analog zu austauschbaren Teilen
und Fließbändern,

die die Warenproduktion
revolutioniert haben,

hatten wir einen ähnlichen
Gedanken in der Medizin,

nämlich den Ersatz eines Körperteils,
der in irgendeiner Weise "kaputt geht",

durch eine Spende

oder durch ein von Menschenhand
gemachtes Körperteil.

Aber das Problem ist --
und das wird Alana bestätigen --

das entstehende Narbengewebe,
wenn etwas in den Körper einpflanzt wird.

Der Körper reagiert darauf, wie auf
einen Eindringling, und wehrt es ab.

Diese Arten von Implantaten

führten zu einer Menge interessanter
Studien mit Zellen und Biomaterialien,

um zu sehen, wie der Körper mit Dingen,
die in ihn eingesetzt werden, umgeht

und was dann passiert.

Als interessanter Nebeneffekt entstand
eine neue medizinische Fachrichtung,

die Gewebekonstruktion.

Auf diesem Gebiet sind Zellen
die funktionale Einheit.

Denn im Grunde haben wir
alle als eine Zelle angefangen.

Daraus sind wir ursprünglich entstanden.

Die Entwicklungsbiologie nach
dem Motto "Forschen-wir-nach-und-sehen,

was-die-Zellen-ursprünglich-
gemacht-haben"

gab viele Impulse für dieses Gebiet,

ebenso wie Biomaterialien

und das Wissen aus der
Transplantationswissenschaft.

Die Idee, biologische Ersatzmaterialien

anstelle von metallischen herzustellen,

wurde zum Konzept des Körpers 3.0.

Angefangen hat es beim intakten Körper,
weiter ging es mit ersetzbaren Teilen

und führte dahin, lebende Körperteile
von Grund auf zu erschaffen.

Okay, von Grund auf
stimmt eigentlich nicht ganz,

denn die wahren
Gewebekonstrukteure sind die Zellen.

Daher haben wir als Gewebekonstrukteure
auch eine Identitätskrise,

denn die Zellen machen
die ganze Arbeit allein.

Es kam nämlich zu einem Umdenken von

"Bauen wir eine Hüfte" hin zu
"Bauen wir eine Umgebung",

ein schickes Aquarium sozusagen --
Bioreaktor genannt.

Er ermöglicht es den Zellen,
selbst ein Stück Knochen zu entwickeln --

eine interessante
Verschiebung in der Denkweise.

Deshalb macht die Arbeit
als Gewebekonstrukteur

sehr viel Spaß und ist sehr interessant,

und wir alle wissen,
wenn wir Spaß an etwas haben,

können wir Erstaunliches erreichen.

Deswegen werde ich Ihnen
von meiner Arbeit erzählen.

Ich habe mich auf das Herz spezialisiert.

Das sind Beispiele
für das Herz 1.0, 2.0 und 3.0.

Beginnend mit einem
weiteren Bild von Da Vinci

und dem Bild eines künstlichen Herzens.

Das Herz 3.0 ist die Vorstellung davon,

dass wir künftig vielleicht mittels
"Bioprinting" Gewebeteile erzeugen

und ein funktionsfähiges Herz
daraus herstellen können.

Aber das liegt in der Zukunft.
Was können wir heute tun?

Dieses Video zeigt ein Stück
konstruiertes Gewebe,

das ich im Rahmen
meiner Doktorarbeit erstellt habe --

und wie Sie sehen, schlägt es.

Ein großer Teil meiner Forschung
drehte sich um den Gedanken,

wie man eine Umgebung gestalten kann,

damit Zellen, Herzzellen, verstehen,
was sie tun sollen.

Das wirklich Interessante ist,
dass Zellen gar nicht viel brauchen,

um zu verstehen und das zu tun,
was sie am besten können.

Sie brauchten nur die richtige Nahrung

das richtige Material,
in diesem Fall Kollagen,

und ein paar biophysikalische Hinweise,
in diesem Fall elektrische Signale.

Knochen, wie Sie sich
vielleicht vorstellen können,

sind auf eine andere
Weise mechanisch aktiv,

und bei der Gewebezüchtung
von Knochen

sieht man eine große
mechanische Belastung.

Aber in diesem Fall mit Nahrung und
etwas Strom aus einem Herzschnittmacher

sind die Zellen einfach losgeprescht
und haben das Gewebe gebildet.

Das Hauptziel in der Gewebezüchtung

ist wie gesagt die Herstellung von
Transplantaten auf Bestellung.

Das ist wirklich cool und verrückt.

Aber eigentlich ist das
nur die Spitze des Eisberges.

Als Beispiel können wir den Prozess
der Arzneimittelentwicklung nehmen.

Es braucht über eine Milliarde Dollar
und mehr als 10 Jahre,

um ein Medikament
auf den Markt zu bringen,

und es muss dabei
viele Stufen durchlaufen,

von der Rezeptur über Laborversuche,
Tierversuche bis zu klinischen Tests,

sozusagen Menschenversuche,

bevor das Medikament auf den Markt kommt.

Und je später das Medikament in
diesem Prozess durchfällt,

umso teurer ist es und
umso höher ist das Schadenspotenzial.

Aber was wäre, wenn wir etwas
von diesem konstruierten Gewebe

als Ersatz hierfür nutzen könnten?

Wir könnten so vielleicht den
Bedarf an Tierversuchen

und auch den Bedarf an
Versuchen am Menschen senken.

Alles läuft auf zwei Kernpunkte hinaus:
Erstens sind wir keine Ratten

und ich bin aus New York,
also ist das sehr wichtig.

Aber wir nutzen Ratten, weil sie einen
vollständigen Organismus darstellen

und sie zeigen uns, wie Medikamente
im Körper wirken können.

Aber zweitens, auch wenn wir
uns alle überaus ähnlich sind,

haben winzige Unterschiede
in unserer DNA

einen großen Einfluss darauf,

wie wir Medikamente vertragen
und wie sie auf uns wirken.

Wenn wir also die Modelle
aus der Gewebekonstruktion

als Ersatz verwenden könnten,

anstelle von Tier- und Menschenversuchen,

können wir hoffentlich
den Geld- und Zeitbedarf

hinsichtlich der Entwicklung
neuer Therapien verringern.

Dies ist eine schematische Darstellung
eines Bioreaktors,

den wir derzeit im Labor entwickeln.

Wenn wir nämlich davon ausgehen,
dass Pharmaunternehmen

diese erzeugten
menschlichen Ersatzstoffe

anstelle von Tier- oder
Menschenversuchen einsetzen wollen,

dann müssen sie berechenbar sein

und sie müssen auf
einen hohen Massendurchsatz

angepasst werden können.

Dies ist die schematische
Darstellung eines Bioreaktors,

den wir derzeit im Labor entwickeln,
um genau dies zu erreichen.

Er wird über Open-Hardware-
Plattformen wie Arduino

und Open-Software-Plattformen
auf Android-Geräten betrieben.

Wir sind ganz kribbelig,
dass diese Arbeit vorangeht.

Stellen Sie sich vor, wenn man
Tausende davon alle auf einmal hätte,

dann wäre es quasi wie
eine klinische Studie auf einem Chip.

Wir könnten viel bessere Informationen
daraus gewinnen.

Das ist also die Entwicklung
von gesundem Gewebe.

Aber was wäre, wenn wir Gewebe
konstruieren könnten,

das einen erkrankten Zustand repliziert?

Kevin Eggan aus Harvard macht das gerade.

Er nimmt Zellen von Menschen,

die die Erbanlagen für ALS,
Amyotrophe Lateralsklerose, haben.

Er kann Neuronen aus
diesen Zellen erschaffen

und diese Zellen zeigen im Labor

ein vielfach ähnliches Verhalten

wie ALS-Patienten im wirklichen Leben.

Wenn wir mehr von diesem erkrankten
Gewebe im Labor herstellen können,

ist es uns auch möglich, viel mehr
über Krankheitsmechanismen

und hoffentlich etwas über
die Heilung von Krankheiten lernen.

Das sind Retinazellen, die auf
ähnliche Weise konstruiert sind.

Da es Fälle von Retinitis pigmentosa
in meiner Familie gibt,

interessiert mich dieses
Thema ganz besonders.

Aber dies sind nur einzelne Gewebeteile:

ein einzelnes Herz,
eine einzelne Leber etc.

Denken wir noch einmal an die Ratte.

Die Ratte ist ein
vollständiger Organismus.

Und wie wir wissen,

wenn ich ein Medikament
für meinen Blutdruck nehme,

wirkt sich das nicht nur
auf meine Blutgefäße,

sondern vielleicht auch
auf meine Leber aus.

Nehme ich ein Antidepressivum,
kann es verstoffwechselt werden

und dann in meinem Fettgewebe
eingelagert werden.

Forscher beginnen nun damit,

mikrofluidische Kulturen
im Mikrobereich zu konstruieren,

in denen sich winzige Teilchen
von Herz, Leber, Lunge, Darm

alle auf der gleichen Plattform befinden.

Somit können wir nun dieses
Zusammenspiel untersuchen.

Dieses Gebiet befindet sich gerade
im Anfangsstadium, also dran bleiben!

Hier ist ein Beispiel
von Brustkrebszellen,

die mit Hilfe von Tintenstrahl-Technologie
gestaltet wurden.

Wie viele von Ihnen --

Gott bewahre, dass jemand
von uns den Anruf erhält,

wo man gesagt bekommt, dass entweder Sie
oder einer Ihrer Liebsten Krebs hat.

Würden Sie nicht wissen wollen,
wie sich ein bestimmtes Medikament

auf Ihre spezifische Krebsart auswirkt
oder auf meine spezifische Krebsart?

Karen Burgs Labor tut genau dies.

Mittels Tintenstrahl-Technologie

drucken sie Brustkrebszellen
auf einer Platte ab.

Einige unserer Kollegen am Tufts
nutzen solche Modelle

mit gezüchtetem Knochengewebe

und untersuchen, wie sich Krebs
im Körper ausbreitet.

Stellen Sie sich vor, dass man
mit diesen Chips auf der letzten Folie

in Zukunft Krebs und menschliches Gewebe
gemeinsam kultiviert.

Als Gewebekonstrukteure versuchen wir,
oberflächlich betrachtet,

eine neue Kniescheibe, neue Bänder,
einen neuen Knochen zu züchten.

Wir schaffen neue Körperteile.

Aber ich hoffe,
ich habe Sie davon überzeugt,

dass wir tatsächlich
etwas viel Größeres machen.

Als Nebeneffekt all
dieser Forschungen glaube ich,

dass wir tatsächlich Biotechnologie

in eine Produktions-
und Informationstechnologie umwandeln.

Indem wir Organspenden
von Organspendern trennen,

können wir eine Verbindung durchbrechen,

die bislang wegen Gewebetypübereinstimmung

und der Lebensfähigkeit des Gewebes
nicht zu durchbrechen war.

Da wir menschliches Ersatzgewebe,
das entweder einen gesunden

oder einen erkrankten Zustand
repräsentiert, kultivieren können,

können wir bestimmte Fragen
auch viel konkreter beantworten,

mit viel mehr Datenpunkten
als jemals zuvor,

wie Medikamente auf Menschen wirken.

Daneben geschehen weitere,
verwandte Revolutionen:

in der Herstellung
und Informationstechnologie,

die Tatsache, dass wir 3D-Drucker,
Open Hardware, Open-Software-Plattformen

und neue Werkzeuge
für die Zusammenarbeit haben --

das ist alles so spannend für uns

und ermöglicht noch mehr interessante
Zusammenarbeit in der Zukunft.

Da ich als Forscherin an diesem Gebiet
so viel Freude habe,

lade Sie zu einem Gespräch mit mir

über Ihre Vorstellung vom Körper 4.0 ein.

Vielen Dank, dass Sie
sich Zeit genommen haben! (Applaus)