أعضاء الجسم في رقاقة

إنّه لأمر سهل نسبيّا أن نتخيّل دواء جديدا، علاجا أفضل لبعض الأمراض. الجزء الصّعب يكمن في تجربته، وهو أمر يمكنه تأخير صناعة أدوية جديدة لسنوات.
في هذه المحادثة الثرية بالتفسيرات، تقوم جيرالدين هاميلتون بالكشف عن كيفية محاولة مختبرها تخليق أعضاء و أجزاء من الجسم في رقاقة، وهي هياكل بسيطة تحتوي على كلّ الأجزاء الأساسية لتجربة الأدوية الجديدة -- أو حتّى الأدوية المخصصة لأشخاص معيّنين. (تمّ تصويره في TEDxBoston)

هناك تحدّ للصحة العالمية

يقف أمامنا اليوم،

وهو حول كيفية اكتشافنا

و تطويرنا للعقاقير حاليا

بطريقة مكلفة جدّا، تستغرق وقتا طويلا،

و فشلها أكثر من نجاحها.

إنّ الأمر لا يعمل كما ينبغي، ممّا يعني

أنّ المرضى المحتاجين بإلحاح لعلاجات جديدة

لن يجدوا ما يحتاجونه،

و أنّ الأمراض لن تعالج.

و نحن أيضا ننفق كميات متزايدة من الأموال.

على كلّ مليار دولار ننفقه على البحث و التطوير،

نحن نحصل على عدد أقل من الأدوية المصادق عليها للتسويق.

أمصاريف أكثر أدوية أقل , هممم

إذن ما الخطب هنا؟

حسنا، هناك العديد من العوامل،

لكن أعقتد أنّ واحدا من أهمّها هو

كون الوسائل التي نمتلكها حاليّا

التي نستعملها لاختبار مدى فعالية دواء ما

ما إن كان ناجعا أم لا،

و ما إن كان آمنا للاستعمال

قبل البدأ بتجربته اكلينيكيّا على البشر،

تخذلنا. إنّها لا تتنبّؤ

بما سيحصل للبشر.

و لنا وسيلتان رئيسيتان

متاحتان للاستعمال.

الخلايا في الصفائح و الاختبار على الحيوانات.

لنتحّدث في البدأ عن الأولى، الخلايا في الصفائح.

تعمل الخلايا بطريقة طبيعية في أجسادنا،

نقوم باستخراجها

من بيئتها الأصلية،
نرميها إلى إحدى هذه الأطباق،

ثمّ نتوقّع منها العمل.

لكنها لا تفعل.

إنّها لا تحبّذ تلك البيئة

لأنّها لا تشبه أبدا

البيئة التي تعيش فيها داخل الجسم.

ماذا عن التجارب على الحيوانات؟

إنّ الحيوانات تستطيع أن توفّر

معلومات مفيدة و هو ما تفعله بالفعل.

إنّها تعلّمنا عمّا يحدث

داخل الكائن المعقّد.

نحن نتعلّم أكثر عن البيولوجيا نفسها.

لكن في الغالب،

النماذج الحيوانية تفشل في التنبّؤ
بما سيحدث عند البشر

عند معالجتها بدواء ما.

إذن فنحن نحتاج وسائل أفضل.

نحن نحتاج خلايا بشرية

لكن علينا إيجاد طريقة لتركها تعمل بسعادة

خارج الجسم.

إنّ أجسامنا بيئات حيوية.

إنّها في حركة مستمرّة.

و خلايانا تختبر ذلك.

إنّها تعيش في الأوساط الديناميكية داخل أجسامنا.

وهي تتأثّر بقوى ميكانيكية مستمرة.

لذا فإن أردنا جعل الخلايا سعيدة

خارج الجسم

فعلينا أن نصبح مهندسي خلايا.

علينا أن نصمّم و نبني و نهندس

موطنا خارج الجسم للخلايا.

و في معهد فيس،

هذا هو تماما ما قمنا به.

نحن نسمّيها "عضو على رقاقة".

ولي واحدة منها هنا،

إنّها جميلة، أليس كذلك؟
الأمر لا يصدّق.

هنا تماما في يدي هناك رئة بشريّة

حيّة تتنفّس في رقاقة.

إنّه أمر أكثر من جميل.

وهو أمر يمكنه أن يقوم بعديد الأشياء.

لدينا خلايا حيّة في تلك الرقاقة الصّغيرة،

الخلايا الموجودة في بيئة ديناميكية

تتفاعل مع مختلف أنواع الخلايا.

كان هناك عدد كبير من النّاس

يحاولون تنمية خلايا في المختبر.

لقد حاولوا بشتّى الطّرق.

وصلوا إلى درجة محاولة تنمية
أعضاء مصغّرة في المختبر.

لن نحاول القيام بذلك مجدّدا.

نحن فقط بصدد إعادة صنع

في هذه الرّقاقة الصّغيرة

أصغر وحدة وظيفيّة

تمثيليّة للبيوكيمياء،

الوظيفة و التّسلسل الميكانيكيّ

الذي تعيشه الخلايا داخل أجسامنا.

فكيف يعمل هذا؟ دعوني أريكم.

نستعمل تقنيات من الصناعة التحويلية

لرقاقات الحاسوب

لصنع هذه الهياكل ذات المقياس

المناسب للخلايا و لبيئتها.

لدينا ثلاثة قنوات سوائل.

في المركز، هناك غشاء مشاميّ مرن

يمكن من خلاله إضافة الخلايا البشريّة

من الرئتين مثلا،

و أسفلها هناك خلايا الشعيرات الدموية،

وهي الخلايا بأوعيتنا الدموية.

ثمّ نستطيع بعد ذلك تسليط قوى ميكانيكية
على الرقاقة

فتجعل الغشاء يتمدّد و يتقلّص،

إذن تختبر الخلايا نفس القوى الميكانيكية

التي تحصل عندما نتنفّس.

و هي تجربة مشابهة لما تعيشه في الجسد.

هناك هواء يمرّ عبر القناة العلوية،

ثمّ نسكب سائلا يحتوي على مغذّيات

إلى القناة الدموية.

الرقاقة تبدو جميلة فعلا،

لكن ما الذي يمكننا القيام به بواسطتها؟

نستطيع التحصل على وظيفيّة جيّدة

داخل هذه الرّقاقات الصغيرة.

دعوني أريكم.

يمكن مثلا محاكاة العدوى،

حيث نضيف خلايا بكتيرية إلى الرئة

ثمّ نضيف كريات دم بيضاء بشريّة.

الكريات البيضاء هي ما يدافع عن جسمنا

ضدّ البكتيريا الدخيلة،

و عندما تحسّ بهذا الالتهاب
الذي تسبّبت فيه العدوى،

سوف تدخل من الدّم إلى الرئة

و تبتلع البكتيريا.

حسنا سترون الأمر أثناء حدوثه الآن

مباشرة من رئة بشريّة في رقاقة.

لقد قمنا بتمييز كريات الدم البيضاء
حتّى تتمكّنوا من رؤيتها بوضوح،

و عندما تكشف عن العدوى،

فهي تبدأ بالالتصاق.

ثمّ تحاول الذهاب إلى جانب

الرئة عبر القناة الدموية.

و تستطيعون أن تروا هنا، بامكاننا تصوير

خلية الدم البيضاء فرديّا.

إنّها تلتصق و تتلوّى طيلة الطريق

بين طبقات الخلايا، عبر المسامات

و تخرج من الجهة الأخرى من الغشاء

و هنا تماما، سوف تقوم بابتلاع البكتيريا

الملوّنة بالأخضر.

لقد شاهدتهم لتوّكم في هذه الرقاقة الصغيرة

إحدى ردات الفعل الرئيسية

لجسمنا تجاه العدوى.

إنّها طريقة استجابتنا -- استجابة مناعيّة.

إنّه أمر مشوّق.

أرغب في مشاركة هذه الصورة معكم،

ليس فقط لجمالها الشديد

بل لأنّها تنقل لنا كمية هائلة من المعلومات

عمّا تفعله الخلايا داخل الرقاقات.

إنّها تخبرنا أنّّ هذه الخلايا

من المسارات الهوائية في رئتينا

بها هياكل مشابهة للشعر

تتوقّع رؤيتها في الرّئات.

هذه الهياكل تسمّى أهدابا،

وهي قادرة على تحريك المخاط نحو خارج الرئة.

نعم، مخاط. مقزّز.

لكن المخاط في الواقع هامّ جدّا.

المخاط يحبس الجزيئات و الفيروسات

و المواد التي قد تسبّب الحساسية

و هذه الأهداب الصغيرة تحرّك

و تخرج المخاط من الرّئة.

في حال تضرّرها،

بسبب التّدخين مثلا،

لن تتمكّن من العمل كما ينبغي،
و لن تتمكّن من اخراج المخاط.

وهو ما قد يسبّب الإصابة بأمراض مثل الالتهاب الشّعبيّ الحادّ.

الأهداب و إخراج المخاط مرتبطة

أيضا بأمراض خطيرة مثل التليف الكيسي.

لكن الآن، من خلال القيمة الوظيفية
التي نتحصّل عليها من خلال هذه الرّقاقات،

نستطيع أن نبدأ بالبحث

عن طرق جديدة ممكنة للعلاج.

لم يتوقّف الأمر مع الرئة في رقاقة.

لدينا أمعاء في رقاقة.

يمكنكم رؤية واحدة منها هنا.

لقد وضعنا الخلايا المعوية البشرية

في رقاقة،

و هي في بيئة ذات حركة احتوائية متواصلة، حركة

هذا السيلان المتقطّر عبر الخلايا،

و نستطيع محاكاة عديد الوظائف

التي قد تتوقّع من الأمعاء البشرية

القيام بها.

نستطيع الآن البدأ في صنع نماذج من الأمراض

مثل متلازمة القولون المتهيج.

إنّه مرض يصيب

عددا كبيرا من الأشخاص.

إنّه فعلا موهن،

و ليس هناك أيّة علاجات فعالة ضدّه.

الآن لدينا خط أنابيب كاملا

لمختلف رقاقات الأعضاء

التي نعمل عليها في مختبراتنا.

لكن القوة الحقيقة لهذه التكنولوجيا

تكمن في حقيقة كوننا نستطيع

وصلها ببعضها البعض عبر السوائل.

هناك سائل يعوم حول هذه الخلايا،

إذن يمكننا جعل مختلف الرقاقات

تتفاعل مع بعضها البعض

لتكوين ما نسمّيه بإنسان افتراضي في رقاقة.

الآن نحن متحمسون جدا.

لن نقوم أبدا بإعادة خلق
بشريّ كامل في هذه الرقاقات،

لكن هدفنا هو إعادة خلق

وظيفيّة كافية

تمكّننا من التنبؤ بطريقة أفضل

عمّا سيحدث داخل البشر.

مثلا يمكننا البدأ في اكتشاف

ماذا يحدث عند وضع
دواء مثل الدواء الضبابيّ.

بالنسبة لمن يعانون منكم من الربو مثلي،
عندما تأخذون دواء الاستنشاق

نستطيع اكتشاف كيفية عمل ذلك الدواء بالرئتين،

كيفية دخوله الجسم

و كيف يمكنه التأثير على قلبك مثلا.

هل يقوم بتغيير معدل نبضات القلب؟

هل فيه مواد سامة؟

هل يتم تصفيتها عبر الكبد؟

هل يتم استقلابها في الكبد؟

هل يتم إفرازها في الكلى؟

نستطيع البدأ بدراسة الاستجابة

الديناميكية للجسد تجاه دواء ما.

هذا من شأنه أن يحدث ثورة

و نقلة نوعية

ليس فقط للصناعة الصيدلية

بل للعديد من الصناعات الأخرى

منها صناعة مواد التجميل.

نستطيع استعمال الجلد في الرقاقة

وهو ما نقوم حاليا بتطويره في المختبر

لتجربة ما إن كانت المكونات في هذه
المنتجات

التي تستعملونها حاليا
آمنة لوضعها على بشرتك

دون الحاجة للتجربة على الحيوان.

نستطيع امتحان سلامة

المواد الكيميائية التي نحن عرضة لها

بشكل يومي في البيئة التي نعيش فيها،

مثل الكيميائيات الموجودة في مواد التنظيف المنزلية
العادية.

نستطيع أيضا استعمال الأعضاء في الرقاقة

للتطبيقات في الارهاب البيولوجي

أو التعرض الإشعاعي.

كما نستطيع استعمالها لتعلّم المزيد عن

الأمراض مثل الإيبولا

أو أمراضا قاتلة أخرى كفيروس سارس.

الأعضاء في الرقاقات بامكانها أيضا تغيير

طريقة القيام بالتجارب الاكلينيكية مستقبلا.

حاليا فإنّ المشارك العادي

في التجارب الاكلينيكية هو شخص نمطيّ.

إذ أنّه يميل لأن يكون أنثى في منتصف العمر.

لن تجد الكثير من التجارب الاكلينيكية

شارك فيها أطفال

و رغم ذلك فإنّنا نعطي الأطفال الأدوية يوميا

و المعلومة الوحيدة الآمنة التي نمتلكها عن ذلك الدواء

كنّا قد تحصلنا عليها من البالغين.

الأطفال ليسوا ببالغين.

إنّهم لا يستجيبون بنفس طريقة استجابة البالغين.

هناك عوامل أخرى مثل الاختلافات الجينية

في الشعوب

التي قد تتسّب في جعل شعب كامل

عرضة لخطر الاستجابة بطريقة سلبية للدواء.

تخيّلوا لو استطعنا أخذ خلايا
من مختلف الشعوب

وضعها في رقاقات

و إحداث شعوب في الرقاقات.

هذا يستطيع فعلا أن يغيّر طريقة

قيامنا بالتجارب الاكلينيكية.

وهذا هو الفريق و الأشخاص الذين
يقومون بهذا كلّه.

معنا مهندسون و بيولوجيو خلايا

وأطباء سريريّين، كلّهم يعملون معا.

نحن نرى فعلا أمرا مذهلا

في معهد فيس.

إنّها فعلا نقطة التقاء التخصّصات

حيث البيولوجيا تؤثّر في طريقة تصميمنا،

طريقة هندستنا و بناءنا.

أنّه أمر حماسيّ.

نحن نؤسّس لتعاون صناعيّ هام

مثل العلاقة التي تجمعنا مع شركة

التي لها خبرة في الصناعة
الرقمية الضخمة.

وهم سيقومون بمساعدتنا على صنع،

عوض واحدة من هذه

ملايين من الرقاقات

حتّى نتمكّن من إعطائها إلى

أكبر عدد ممكن من الباحثين.

وهذا أمر هامّ جدا لمدى نجاح
هذه التكنولوجيا.

دعوني أريكم أداتنا.

هذه أداة يعمل مهندسونا

على نمذجتها حاليّا في المختبر،

و هذه الأداة قادرة على توفير

التحكم الهندسيّ الذي نحتاجه

لوصل 10 أو أكثر من رقاقات الأعضاء ببعضها البعض.

وهي تقوم بأمر آخر في غاية الأهمية.

إنّها تصنع واجهة استعمال سهلة.

بيولوجيّ خلايا مثلي يمكنه القدوم

أخذ رقاقة، وضعها في خرطوشة

مثل النموذج الأولي هناك،

وضع الخرطوشة في الآلة

تماما كما تفعل مع أقراص الليزر

و يمكنك البدأ.

توصلها و تشغّلها. الأمر سهل.

دعونا نتخيّل قليلا

عمّا سيكون عليه المستقبل

إن قمت بأخذ خلاياك الجذعية

و وضعتها في رقاقة

أو وضعت خلاياك الجذعية في رقاقة.

سوف تصبح الرقاقة خاصة بك.

كلّ منّا هو فرد

و كلّ هذه الاختلافات الفردية تعني

أنّ بامكاننا الاستجابة بطرق مختلفة للأدوية

و بطرق غير متوقّعة أيضا في بعض الأحيان.

كنت أعاني من صداع رهيب جدّا منذ سنوات مضت،

لم أتمكّن من التّغلب عليه، ففكّرت:
"حسنا، سأقوم بتجربة أمر مختلف."

لقد تعاطيت دواء الأدفيل. و بعد 15 دقيقة،

كنت في طريقي نحو غرفة الطوارئ

و أصبت بنوبة ربو حادّة.

من الواضح أنّ الأمر لم يكن قاتلا

لكن لسوء الحظ بعض هذه الاستجابات

السلبية للأدوية يمكن أن تكون مميتة.

فكيف نحول دون حدوثها؟

حسنا، يمكننا تخيّل يوم ما

يكون لدينا فيه جيرالدين في رقاقة،

أو دانيال في رقاقة،

أنت في رقاقة.

الطب المخصّص. شكرا لكم.

(تصفيق)