Dijelovi tijela na cipu

Relativno je lako zamisliti novu medicinu, bolji lijek za neku bolest. Ali je tesko testirati ga, to moze odgoditi dostupnost lijeka godinama. U ovom detaljnom govoru, Geraldine Hamilton nam objasnjava kako njen laboratorij kreira organe i dijelove tijela na cipu, jednostavne strukture sa svim dijelovima neophodnim za testiranje novog lijeka--pa cak i lijekova po narudbi za odredenu osobu. (Snimio TEDxBoston)

Danas imamo jedan globalni zdravstveni izazov

na nasim ledima,

a to je da je nacin na koji trenutno

otkrivamo i razvijamo nove lijekove

preskup, traje predugo,

i mnogo cesce nas razocara nego sto obraduje.

Jednostavno ne funkcionise, a to znaci

da pacijenti ne dobivaju terapiju koja im je

prijeko potrebna

a bolesti se ne liječe.

Cini mi se da se trosi sve vise i vise novaca.

Tako da za svaku milijardu dolara koju potrosimo za istrazivanje i razvoj

manje lijekova dobije dozvolu za koristenje.

Vise novaca, manje lijekova. Hmm.

Pa sta se to desava?

Pa, u igri su mnostvo faktora,

ali mislim da je kljucni faktor

taj da su alati koji su nam danas

dostupni za utvrdivanje da li je lijek djelotvoran,

da li je uspjesan,

i da li ce biti siguran za upotrebu

prije nego ga pocnemo testirati na ljudima,

nedovoljni. Ne mogu predvidjeti

sta ce se desiti u ljuskom organizmu.

Ono sto imamo dostupno za upotrebu su

dva alata.

Celije u posudicama i testiranje na zivotinjama.

Porazgovarajmo o prvom, celije u posudicama.

Pa, celije sasvim uredno funkcionisu u nasim tijelima.

Mi ih izvadimo, otrgnemo

iz njihovog prirodnog okruzenja,
ubacimo u jednu od ovih posudica,

i ocekujemo da i dalje funkcionisu.

Ali pogadate: to ne funkcionise.

Celije ne vole tu sredinu

koja ne lici na sredinu

u ljudskom organizmu.

A testiranje na zivotinjama?

Zivotinje mogu i pruzaju nam

izuzetno korisne informacije.

Na njima ucimo sta se desava

u kompleksnim organizmima.

Ucimo vise o samoj biologiji.

Medutim, cesto se desi da

ovo testiranje ne moze predvidjeti
sta ce se desiti u ljudskom organizmu

kada budu podvrgnuti terapiji sa odredenim lijekom.

Zato nam trebaju bolji alati.

Potrebne su nam ljudske celije,

ali moramo naci nacin da ih drzimo u prirodnoj sredini

van nasih tijela.

Nasa tijela su dinamicka okruzenja.

Konstantno se krecemo.

Nase celije to osjete.

U nasim tijelima, one su u dinamickom okruzenju.

Pod stalnim su mehanickim uticajima.

Ukoliko zelimo da kreiramo jedno

takvo okruzenje,

moramo da postanemo arhitekti celija.

Treba da dizajniramo, izgradimo i planiramo

dom van doma za celije.

Mi, na ViS institutu,

smo ucinili upravo to,

i nazvali smo ga organ-na-cipu.

I upravo imam jedan ovdje.

Prelijep je, zar ne?
Ali je i prilicno nevjerovatan.

Ovdje, u mojoj ruci, se nalaze ziva, ljudska

pluca na cipu koja disu.

I nisu samo lijepa na izgled.

Sa njima se moze uciniti mnogo toga.

U ovom malom cipu imamo zive celije,

celije koje se nalaze u dinamicnom okruzenju

koje medusobno djeluju sa drugim tipovima celija.

Mnogi ljudi su

pokusali da uzgajaju celije u laboratoriju.

Probali su razne pristupe.

Cak su pokusali da uzgoje
male mini organe u laboratoriju.

To nije ono sto mi ovdje pokusavamo.

Jednostavno pokusavamo da rekonstruisemo

u ovom malom cipu

najmanju funkcionalnu jedinicu

koja simulira biohemiju,

funkciju i mehanicka opterecenja

kojima su podvrgnute celije u nasim tijelima.

Kako to radimo? Pokazat cu vam.

Koristimo tehniku industrije za proizvodnju

racunarskih cipova

da bi izgradili ove strukture na razini

relevantnoj i celijama i njihovom okruzenju.

Tu se nalaze tri kanala za tecnosti.

U centru se nalazi porozna, fleksibilna membrana

na koju mozemo postaviti ljudske celije

recimo iz nasih pluca,

a ispod njih se nalaze kapilarne celije,

celije u nasim krvnim zilama.

Zatim mozemo na cip aplicirati mehanicke sile

koje rastezu i skupljaju membranu,

tako da celije osjecaju iste mehanicke sile

kako i kad disemo.

Dozivljavaju ih na isti nacin kao i u tijelu.

Kroz gornji kanal prolazi vazduh,

a kroz krvne kanale ulijevamo tecnost

koja sadrzi hranjive sastojke.

Da cip je zaista divan,

ali sta mozemo sa njim postici?

Mozemo postici izuzetnu funkcionalnost

unutar ovog malog cipa.

Pokazat cu vam.

Na primjer, mogli bismo simulirati infekciju,

tako sto dodamo celije bakterija u pluca.

A zatim dodamo ljudska bijela krvna zrnca.

Bijela krvna zrnca su nacin na koji se nasa tijela brane

od invazivnih bakterija,

i kada osjete upalu izazvanu infekcijom,

iz krvi ce da udu u pluca

i okruziti bakteriju.

Sada cemo to vidjeti uzivo

na ljudskim plucima na cipu.

oznacili smo bijela krvna zrnca
kako biste ih lakse uocili dok prolaze,

a kada uoce infekciju,

pocnu prijanjati.

Prijanjaju, a onda pokusavaju da produ iz krvne zile

na stranu gdje su pluca.

A kao sto mozete vidjeti ovdje, mozemo si vizualizovati

i samo jedno bijelo krvno zrnce.

Prijanjaju, probija svoj put kroz

slojeve celija, kroz pore,

izlazi na drugu stranu membrane,

i upravo sada ce da okruzi bakteriju

koja je markirana zelenom bojom.

Taj mali cip vam je omogucio da budete svjedoci

jednom od najosnovnijih reakcija

koje nase tijelo ima na infekciju.

Tako nase tijelo reaguje--imuna reakcija.

Poprilicno uzbudljivo.

Zelim vam sada pokazati ovu sliku,

ne zato sto je divna,

vec zato sto nam pruza ogromnu
kolicinu informacija

o tome sta celije rade unutar cipa.

Vidimo da celije

iz malih disnih puteva u plucima,

ustvari imaju ove male dlakice

koje biste ocekivali da vidite u plucima.

Te strukture se zovu cilija,

i one pomazu u izbacivanju sluzi iz pluca.

Da, Sluz. Bljak.

Ali sluz je ustvari veoma vazna.

Sluz hvata cestice, viruse,

potencijalne alergene,

a cilije kretanjem

izbacuju sluz vani.

Ako se ostete, recimo

dimom iz cigarete na primjer,

ne rade kako trebaju,
i nisu ustanju izbaciti sluz.

A to vodi do bolesti poput bronhitisa.

Cilije i izbacivanje sluzi

su takoder kljucni kod groznih bolesti poput cisticne fibroze.

Ali sada, zahvaljujuci funkcionalnosti u ovim cipovima,

mozemo poceti da trazimo

potencijalne nove tretmane.

Nismo se zaustavili samo na plucima na cipu.

Imamo crijevo na cipu.

Evo jednoga.

Postavili smo ljudske crijevne celije

u ovo crijevo na cipu,

i one su pod stalnim peristaltickim kretanjem,

ovaj protok kroz celije,

i mozemo imitirati mnoge funkcije

koje bi inace ocekivali da vidite

u ljudskom crijevu.

Tako da sada mozemo poceti da kreiramo modele bolesti

poput bolesti upaljenog crijeva.

Ovo je bolest koja muci

veliki broj ljudi.

Oslabljuje organizam,

a ne postoji bas mnogo dobrih tretmana.

Imamo cijeli niz

razlicitih organa na cipu

na kojima trenutno radimo u nasim laboratorijama.

Ali prava snaga ove tehnologije ustvari dolazi

iz cinjenice

da ih sve mozemo fluidno povezati.

Posto kroz ove celije tece tecnost,

mozemo poceti da povezijemo

razlicite cipove

kako bismo formirali ono sto mi zovemo virtualni covjek na cipu.

Sada ste stvarno uzbudeni.

Nikada necemo kreirati citavo ljudsko bice na ovim cipovima,

ali nas gol je da budemo ustanju kreirati

dovoljnu funkcionalnost

kako bismo bolje mogli predvidjeti

sta ce se desiti u ljudskom organizmu.

Na primjer, mozemo poceti istrazivati

sta ce se desiti kada ubacimo neki inhalatorni lijek.

Oni od vas koji imaju astmu poput mene, kada uzmete inhaler,

mozemo istraziti kako lijek ulazi u pluca,

kako ulazi u tijelo,

i kako moze uticati, recimo, na srce.

Da li mijenja otkucaje srca?

Da li je toksican?

Da li ga jetra ocisti iz organizma?

Da li metabolira u jetri?

Da li se izlucuje u vase bubrege?

Mozemo poceti da izucava dinamican

odgovor tijela na lijek.

Ovo bi mogla biti revolucija

i promjena nacina dosadasnjeg rada

ne samo za farmaceutsku industriju,

vec za citav niz raznih industrija,

ukljucujuci i kozmeticku industriju.

Mogli bismo koristiti kozu na cipu

kojutrenutno razvijamo u laboratoriji

kako bismo testirali da li su sastojci u ovim preparatima

koje koristite stvarno sigurni za nanosenje na kozu

i to bez potrebe za testiranjem na zivotinjama.

Mogli bismo testirati sigurnost

hemikalija kojima smo izloceni

svaki dan u nasoj okolini,

poput hemikalija koje se nalaze u obicnim sredstvima za ciscenje.

Takoder bismo mogli koristiti organe na cipu

za testiranje izlocenosto biohemikalijama

ili radijaciji.

Mogli bismo ih koristiti da nesto vise naucimo

o bolestima poput ebole

ili drugim smrtonosnim bolestima poput SARS-a.

Organi na cipu bi takoder mogli promijeniti

nacin na koji cemo u buducnosti raditi klinicka ispitivanja.

Trenutno, prosjecan ucesnik

u klinickom istrazivanju je upravo to: prosjecan.

Obicno je srednjih godina, cesto zena.

Necete naci puno klinickih ispitivanja

u koja su ukljucena djeca,

iako djeci svakodnevno dajemo lijekove,

a jedine sigurnosne cinjenice koje imamo o tom lijeku

potjece od ipitivanja na odraslima.

Djeca nisu odrasli.

Mozda nece reagovati na isti nacin kao i odrasli.

Zatim druge razlike u populaciji,

poput genetskih

koje mogu dovesti do rizika od

nezeljene reakcije na lijek.

Zamislite kada bismo mogli sakupiti celije svih ovih razlicitih populacija,

staviti ih u cipove,

i stvoriti populacije na cipovima.

To bi stvarno moglo promijeniti nacin

na koji vrsimo klinicka istrazivanja.

Ovo je tim ljudi koji to rade.

Imamo inzinjere, histologe,

klinicare, i svi rade zajedno.

Sudjelujemo u necemu zaista izvanrednom

na ViS institutu.

To je takvo uskladivanje disciplina,

gdje bilogija utice na nacin na koji dizajniramo,

na nacin na koji stvaramo.

Uzbudljivo je.

Uspostavljamo veoma vaznu industrijsku saradnju

poput ove koju imamo sa kompanijom

koja ima iskustvo u proizvodnji digitalne opreme na veliko.

Pomocice nam da napravimo

samo jedan ovaj,

milione ovakvih cipova

kako bismo ih napravili dostupnim

sto vecem broju istrazivaca.

A to je kljucni potencijal ove tehnologije.

A sada cu vam pokazati nas instrument.

Ovo je instrument za kojeg nasi inzinjeri

upravo sada izraduju prototip u laboratoriju,

a on ce nam omoguciti

strucne kontrole koje su nam potrebne

kako bismo povezalo 10 ili vise organ cipova zajedno.

Radi jos nesto veoma vazno.

Posjeduje jednostavan interfejs za korisnike.

Histolog poput mene moze doci,

staviti cip u kasetu

poput prototipa kojeg ovdje vidite

staviti kasetu u masinu

kao sto biste vi stavili CD,

i to je to.

Ukljuci i pokreni. Jednostavno.

A sada razmislimo malo

kakva bi nam mogla biti buducnost

kada bih mogla uzeti vase maticne celije

i staviti ih na cip,

ili vase maticne celije i staviti ih na cip.

To bi bio presonalizovan cip samo za vas.

Svi smo mi ovdje individue,

a te individualne razlike znace

da bi mogli veoma razlicito reagovati

a ponekade. i na ne predvidljiv nacin na lijekove.

Licno sma, prije nekoliko godina, imala veoma jake glavobolje,

kojih se nisam mogla rijesiti, pa sam odlucila iprobati nesto drugo.

Uzela sam ibuprofen. Petnaest minuta kasnije,

bila sam na putu za hitno pomoc

sa napadom astme u punom zamahu.

Ocigledno je da nije bila smrtonosna,

ali nazalost, neke od ovih

nezeljenih reakcija na lijekove moze biti fatalna.

Kako to mozemo sprijeciti?

Mozemo zamisliti da cemo jednog dana

imati Geraldine na cipu,

imati Danijelu na cipu,

imati tebe na cipu.

Personalizovana medicina. Hvala vam.

(Aplauz)