Μέρη σώματος σε τσιπ

Είναι σχετικά εύκολο να φανταστούμε νέα φάρμακα, μια καλύτερη θεραπεία για κάποια ασθένεια. Το δύσκολο μέρος, όμως, είναι η δοκιμή του και αυτή μπορεί να καθυστερήσει πολλά υποσχόμενες θεραπείες για χρόνια. Σε αυτήν την πολύ επεξηγηματική ομιλία, η Τζεραλντίν Χάμιλτον παρουσιάζει πώς το εργαστήριό της παράγει όργανα και μέρη σώματος σε τσιπ, απλές δομές με όλα τα βασικά κομμάτια για τον έλεγχο νέων φαρμάκων -- ακόμη και προσαρμοσμένες θεραπείες για ένα συγκεκριμένο άτομο (Βιντεοσκοπήθηκε στο TEDxBoston).

Έχουμε μια παγκόσμια
πρόκληση υγείας

σήμερα στα χέρια μας

και αυτή είναι ότι ο τρόπος
που επί του παρόντος

ανακαλύπτουμε και
αναπτύσσουμε νέα φάρμακα,

κοστίζει πολύ, παίρνει πολύ χρόνο

και αποτυγχάνει συχνότερα
απ' ό,τι πετυχαίνει.

Πραγματικά δεν λειτουργεί
και αυτό σημαίνει

ότι οι ασθενείς που έχουν
μεγάλη ανάγκη νέων θεραπειών

δεν τις παίρνουν

και οι ασθένειες
μένουν χωρίς θεραπεία.

Φαίνεται ότι ξοδεύουμε
όλο και περισσότερα χρήματα.

Έτσι, για κάθε δισεκατομμύριο δολαρίων
που ξοδεύουμε στην έρευνα και ανάπτυξη,

παίρνουμε λιγότερα εγκεκριμένα
φάρμακα στην αγορά.

Περισσότερα χρήματα,
λιγότερο φάρμακα. Χμμ...

Τι συμβαίνει, λοιπόν, εδώ;

Λοιπόν, υπάρχει μια πλειάδα
παραγόντων στο παιχνίδι,

αλλά νομίζω ότι ένας από
τους βασικούς παράγοντες

είναι ότι τα εργαλεία
που έχουμε σήμερα

διαθέσιμα για τον έλεγχο
εάν λειτουργεί κάποιο φάρμακο,

αν είναι αποτελεσματικό

ή αν πρόκειται να είναι ασφαλές

πριν κάνουμε κλινικές δοκιμές
σε ανθρώπους,

μας απογοητεύουν.
Δεν προβλέπουν

τι πρόκειται να συμβεί
στους ανθρώπους.

Και έχουμε δύο κύρια
εργαλεία διαθέσιμα

στη διάθεσή μας.

Πρόκειται για κύτταρα σε τρυβλία
και δοκιμές σε ζώα.

Ας μιλήσουμε, τώρα, για το πρώτο,
τα κύτταρα στα τρυβλία.

Λοιπόν, τα κύτταρα λειτουργούν
ευτυχισμένα στο σώμα μας.

Τα παίρνουμε
και τα απομακρύνουμε τελείως

από το εγγενές περιβάλλον τους,
τα ρίχνουμε σε ένα από αυτά τα τρυβλία

και περιμένουμε
να λειτουργήσουν.

Μαντέψτε.
Δεν λειτουργούν.

Δεν τους αρέσει αυτό το περιβάλλον,

επειδή δεν είναι όπως

όταν βρίσκονται μέσα στο σώμα.

Τι γίνεται με τις δοκιμές σε ζώα;

Λοιπόν, τα ζώα κάνουν
και μπορούν να παρέχουν

εξαιρετικά χρήσιμες πληροφορίες.

Μας διδάσκουν τι συμβαίνει

στον περίπλοκο οργανισμό.

Μαθαίνουμε περισσότερα
για την ίδια τη βιολογία.

Ωστόσο, τις περισσότερες φορές,

τα ζωικά μοντέλα αποτυγχάνουν
να προβλέψουν τι θα συμβεί στον άνθρωπο

όταν τους χορηγείται
ένα συγκεκριμένο φάρμακο.

Γι' αυτό χρειαζόμαστε
καλύτερα εργαλεία.

Χρειαζόμαστε
ανθρώπινα κύτταρα,

αλλά πρέπει να βρούμε
έναν τρόπο να τα κρατήσουμε ευτυχή

έξω από το σώμα.

Οι οργανισμοί μας
είναι δυναμικά περιβάλλοντα.

Είμαστε σε συνεχή κίνηση.

Τα κύτταρά μας το βιώνουν αυτό.

Ζουν σε ένα δυναμικό
περιβάλλον στο σώμα μας.

Δέχονται συνεχώς μηχανικές δυνάμεις.

Έτσι, αν θέλουμε να κάνουμε
τα κύτταρα ευτυχισμένα

εκτός του σώματός μας,

πρέπει να γίνουμε
κυτταρικοί αρχιτέκτονες.

Πρέπει να σχεδιάσουμε
και να κατασκευάσουμε

ένα σπίτι μακριά από
το σπίτι για τα κύτταρα.

Και στο Ινστιτούτο Wyss,

έχουμε κάνει ακριβώς αυτό.

Το ονομάζουμε
όργανο σε τσιπ.

Και έχω ένα εδώ.

Είναι όμορφο, έτσι δεν είναι;
Αλλά είναι απίστευτο.

Εδώ στο χέρι μου
είναι ένας αναπνέων, ζωντανός

ανθρώπινος πνεύμονας σε ένα τσιπ.

Και δεν είναι απλά όμορφο.

Μπορεί να κάνει ένα σωρό πράγματα.

Έχουμε ζωντανά κύτταρα
σε αυτό το μικρό τσιπ,

κύτταρα που είναι
σε δυναμικό περιβάλλον

και αλληλεπιδρούν
με διαφορετικούς τύπους κυττάρων.

Έχουν προσπαθήσει
πολλοί άνθρωποι

να αναπτύξουν κύτταρα
σε εργαστήριο.

Έχουν δοκιμάσει πολλές
διαφορετικές προσεγγίσεις.

Δοκίμασαν ακόμη να αναπτύξουν
μίνι-όργανα στο εργαστήριο.

Δεν προσπαθούμε να κάνουμε αυτό εδώ.

Προσπαθούμε απλά
να αναδημιουργήσουμε

σε αυτό το μικροσκοπικό τσιπ,

τη μικρότερη λειτουργική μονάδα

που αντιπροσωπεύει
τη βιοχημεία,

τη λειτουργία και
τη μηχανική ένταση

που βιώνουν τα κύτταρα
μέσα στο σώμα μας.

Πώς λειτουργεί αυτό;
Επιτρέψτε μου να σας δείξω.

Χρησιμοποιούμε τεχνικές
της κατασκευαστικής βιομηχανίας

τσιπ υπολογιστών

για να καταστήσουμε
αυτές τις δομές σε κλίμακα

σχετικές τόσο με τα κύτταρα
όσο και το περιβάλλον τους.

Έχουμε τρία ρευστά κανάλια.

Στο κέντρο, έχουμε
μια πορώδη, εύκαμπτη μεμβράνη

στην οποία μπορούμε να προσθέσουμε
ανθρώπινα κύτταρα

από, ας πούμε,
τους πνεύμονές μας

και στη συνέχεια από κάτω
τριχοειδή κύτταρα,

τα κύτταρα στα αιμοφόρα αγγεία μας.

Μετά μπορούμε να εφαρμόσουμε
μηχανικές δυνάμεις στο τσιπ

που τεντώνουν και
συστέλλουν τη μεμβράνη,

ώστε τα κύτταρα να βιώνουν
τις ίδιες μηχανικές δυνάμεις

με αυτές της αναπνοής.

Τις βιώνουν όπως
όταν ήταν στο σώμα.

Υπάρχει ροή αέρα μέσω
του πάνω καναλιού

και μετά εκχύουμε ένα υγρό
που περιέχει θρεπτικά συστατικά

μέσω του καναλιού αίματος.

Το τσιπ είναι πραγματικά όμορφο,

αλλά τι μπορούμε
να κάνουμε με αυτό;

Μπορούμε να έχουμε
απίστευτη λειτουργικότητα

μέσα σε αυτά τα μικρά τσιπ.

Επιτρέψτε μου να σας δείξω.

Θα μπορούσαμε, για παράδειγμα,
να μιμηθούμε τη λοίμωξη,

όπου προσθέτουμε βακτηριακά
κύτταρα μέσα στον πνεύμονα.

Στη συνέχεια μπορούμε να προσθέσουμε
ανθρώπινα λευκά αιμοσφαίρια.

Τα λευκά αιμοσφαίρια είναι
η άμυνα του οργανισμού μας

ενάντια των βακτηριακών εισβολέων

και όταν αισθανθούν
φλεγμονή λόγω της μόλυνσης,

περνούν από το αίμα στον πνεύμονα

και καταβροχθίζουν τα βακτηρίδια.

Τώρα θα το δείτε
αυτό να συμβαίνει

μπροστά σας σε έναν πραγματικό
ανθρώπινο πνεύμονα σε τσιπ.

Έχουμε επισημάνει τα λευκά αιμοσφαίρια,
ώστε να τα δείτε να διαρρέουν

και όταν εντοπίσουν τη μόλυνση,

αρχίζουν να προσκολλούνται.

Κολλούν και στη συνέχεια
προσπαθoύν να εισχωρήσουν στην πλευρά

του πνεύμονα από το κανάλι αίματος.

Εδώ μπορείτε να δείτε,
πράγματι μπορούμε να οπτικοποιήσουμε

ένα λευκό αιμοσφαίριο.

Προσκολλάται,
κινείται σπασμωδικά

μεταξύ των κυτταρικών στρωμάτων,
μέσω του πόρου,

βγαίνει από την άλλη πλευρά της μεμβράνης

και ακριβώς εκεί, πρόκειται
να καταβροχθίσει τα βακτηρίδια,

σημασμένα με πράσινο χρώμα.

Σε αυτό το μικροσκοπικό τσιπ,
μόλις γίνατε μάρτυρες

μιας από τις πιο θεμελιώδης αποκρίσεις

του σώματός μας
σε μια μόλυνση.

Είναι ο τρόπος αντιμετώπισης --
μία ανοσολογική αντίδραση.

Είναι πολύ συναρπαστική.

Θέλω να μοιραστώ
αυτή την εικόνα με εσάς,

όχι μόνο επειδή
είναι τόσο όμορφη,

αλλά επειδή μας δίνει
ένα τεράστιο όγκο πληροφοριών

για το τι κάνουν
τα κύτταρα μέσα στα τσιπ.

Μας λέει ότι αυτά τα κύτταρα

από τους μικρούς αεραγωγούς
των πνευμόνων μας,

στην πραγματικότητα
έχουν τριχοειδής δομές

που θα αναμένατε
να δείτε στον πνεύμονα.

Οι δομές αυτές
ονομάζονται βλεφαρίδες

και στην πραγματικότητα κινούν
τη βλέννα εκτός πνεύμονα.

Ναι. Βλέννα.
Αηδία.

Αλλά η βλέννα είναι
στην πραγματικότητα πολύ σημαντική.

Η βλέννα παγιδεύει σωματίδια, ιούς,

πιθανά αλλεργιογόνα,

και αυτοί οι μικροί κροσσοί κινούν

και απομακρύνουν τη βλέννα.

Όταν υποστούν βλάβη, ας πούμε,

από καπνό τσιγάρων
για παράδειγμα,

δεν λειτουργούν σωστά
και δεν απομακρύνουν τη βλέννα.

Αυτό μπορεί να οδηγήσει
σε ασθένειες, όπως η βρογχίτιδα.

Οι κροσσοί
και η απομάκρυνση της βλέννας

επίσης εμπλέκονται σε φοβερές
ασθένειες, όπως η κυστική ίνωση.

Αλλά τώρα, με τις λειτουργίες
που έχουμε από αυτά τα τσιπ,

μπορούμε να αρχίσουμε να ψάχνουμε

για πιθανές νέες θεραπείες.

Δεν σταματήσαμε με τον πνεύμονα σε τσιπ.

Έχουμε το έντερο σε τσιπ.

Μπορείτε να δείτε ένα εδώ.

Έχουμε βάλει ανθρώπινα εντερικά κύτταρα

σε ένα έντερο σε τσιπ.

και είναι υπό συνεχή
περισταλτική κίνηση,

την αργή ροή
μέσα από τα κύτταρα,

και μπορούμε να μιμηθούμε
πολλές από τις λειτουργίες

που στην πραγματικότητα
θα αναμένατε να δείτε

στο ανθρώπινο έντερο.

Τώρα μπορούμε να αρχίσουμε
τη δημιουργία μοντέλων ασθενειών,

όπως το σύνδρομο
ευερέθιστου εντέρου.

Πρόκειται για μια ασθένεια
που επηρεάζει

έναν μεγάλο αριθμός ατόμων.

Είναι πραγματικά εξουθενωτική

και δεν υπάρχουν πολλές
καλές θεραπείες για αυτήν.

Τώρα έχουμε μια σειρά

διαφορετικών οργάνων σε τσιπ

που επί του παρόντος
εργαζόμαστε στα εργαστήριά μας.

Τώρα, ωστόσο, η αληθινή
δύναμη αυτής της τεχνολογίας

προέρχεται πραγματικά
από το γεγονός

ότι μπορούμε να έχουμε
ρευστή σύνδεση μεταξύ τους.

Υπάρχει υγρό που ρέει
μέσα από αυτά τα κύτταρα,

έτσι μπορούμε
να αρχίσουμε τη διασύνδεση

πολλών διαφορετικών τσιπ μαζί

για να σχηματίσουν αυτό που λέμε
έναν εικονικό άνθρωπο σε τσιπ.

Τώρα είμαστε πραγματικά ενθουσιασμένοι.

Δεν πρόκειται ποτέ να αναδημιουργήσουμε
έναν ολόκληρο άνθρωπο σε αυτά τα τσιπ,

αλλά στόχος μας είναι να είμαστε
σε θέση να αναδημιουργήσουμε

ικανοποιητική λειτουργικότητα,

έτσι ώστε να μπορούμε
να κάνουμε καλύτερες προγνώσεις

του τι πρόκειται
να συμβεί στους ανθρώπους.

Για παράδειγμα, τώρα μπορούμε
να ξεκινήσουμε τη διερεύνηση

του τι συμβαίνει όταν βάζουμε ένα φάρμακο,
όπως ένα φάρμακο αερολύματος.

Όσοι έχετε άσθμα, όπως και εγώ,
όταν κάνετε εισπνοή με τη συσκευή,

μπορούμε να διερευνήσουμε πώς αυτό το
φάρμακο εισέρχεται στους πνεύμονές σας,

πώς αυτό εισέρχεται στο σώμα,

πώς μπορεί να επηρεάσει,
ας πούμε, την καρδιά σας.

Αλλάζει τους παλμούς της καρδιάς σας;

Έχει τοξικότητα;

Φιλτράρεται από το ήπαρ;

Μεταβολίζεται στο ήπαρ;

Αποβάλλεται στα νεφρά σας;

Μπορούμε να αρχίσουμε
τη μελέτη των δυναμικών

αντιδράσεων του οργανισμού
σε ένα φάρμακο.

Αυτό θα μπορούσε
πραγματικά να φέρει επανάσταση

και να είναι μια μεγάλη αλλαγή,

όχι μόνο
για τη φαρμακευτική βιομηχανία,

αλλά για ένα πλήθος
διαφόρων βιομηχανιών,

συμπεριλαμβανομένων
της βιομηχανίας καλλυντικών.

Ενδεχομένως, μπορούμε
να χρησιμοποιήσουμε το δέρμα σε τσιπ,

που αναπτύσσουμε
τώρα στο εργαστήριο

για να ελέγξουμε εάν
τα συστατικά στα προϊόντα αυτά

που χρησιμοποιείτε είναι πραγματικά
ασφαλή για να βάλετε στο δέρμα σας

χωρίς την ανάγκη διεξαγωγής
δοκιμών σε ζώα.

Θα μπορούσαμε
να δοκιμάσουμε την ασφάλεια

των χημικών ουσιών
που εκτιθόμαστε

σε καθημερινή βάση
στο περιβάλλον μας,

όπως χημικές ουσίες στα κοινά
καθαριστικά οικιακής χρήσης.

Επίσης, θα μπορούσαμε
να χρησιμοποιήσουμε τα όργανα σε τσιπ

για εφαρμογές στη βιοτρομοκρατία

ή στην έκθεση ακτινοβολίας.

Θα μπορούσαμε να τα χρησιμοποιήσουμε
για την περαιτέρω μελέτη

ασθενειών, όπως ο ιός Έμπολα

ή άλλων θανατηφόρων ασθενειών,
όπως το SARS.

Τα όργανα σε τσιπ, επίσης,
θα μπορούσαν να αλλάξουν

τον τρόπο που κάνουμε
κλινικές δοκιμές στο μέλλον.

Αυτή τη στιγμή,
ο μέσος συμμετέχων

σε μια κλινική δοκιμή είναι
αυτός: ο μέσος όρος.

Τείνει να είναι μέσης ηλικίας,
τείνει να είναι θηλυκό.

Δεν θα βρείτε
πολλές κλινικές δοκιμές

στις οποίες εμπλέκονται παιδιά,

παρόλα αυτά, κάθε μέρα,
δίνουμε φάρμακα στα παιδιά

και τα μόνα ασφαλή δεδομένα
που έχουμε σχετικά με αυτό το φάρμακο

είναι αυτό που έχουμε λάβει
από τους ενήλικες.

Τα παιδιά δεν είναι ενήλικες.

Μπορεί να μην αποκριθούν με τον ίδιο
τρόπο που αποκρίνονται οι ενήλικες.

Υπάρχουν και άλλα πράγματα,
όπως γενετικές διαφορές

σε πληθυσμούς

που μπορούν να οδηγήσουν
σε πληθυσμούς υψηλού κινδύνου

που διατρέχουν κίνδυνο αντίδρασης
στις παρενέργειες των φαρμάκων.

Φανταστείτε να μπορούσαμε
να πάρουμε κύτταρα

από όλους τους διαφορετικούς πληθυσμούς,

να τα βάλουμε σε τσιπ

και να δημιουργήσουμε
πληθυσμούς σε ένα τσιπ.

Αυτό μπορεί να αλλάξει
πραγματικά τον τρόπο

που κάνουμε κλινικές δοκιμές.

Και αυτή είναι η ομάδα και
οι άνθρωποι που το κάνουν αυτό.

Έχουμε μηχανικούς, βιολόγους,

νοσοκομειακούς ιατρούς
που εργάζονται όλοι μαζί.

Πραγματικά βλέπουμε
κάτι απίστευτο

στο Ινστιτούτο Wyss.

Είναι πραγματικά μια σύγκλιση
επιστημονικών κλάδων,

όπου η βιολογία επηρεάζει
τον τρόπο που σχεδιάζουμε,

το τρόπο που κατασκευάζουμε,
τον τρόπο που χτίζουμε.

Είναι πολύ συναρπαστικό.

Θεσπίζουμε σημαντικές
βιομηχανικές συνεργασίες,

όπως αυτή που έχουμε με μια εταιρεία

που έχει εμπειρία σε μεγάλης
κλίμακας ψηφιακή παραγωγή.

Πρόκειται να μας βοηθήσουν να κάνουμε,

αντί για ένα από αυτά,

χιλιάδες από αυτά τα τσιπ,

έτσι ώστε να τα διαθέσουμε

σε όσο το δυνατόν
περισσότερους ερευνητές.

Αυτό είναι το κλειδί στη δυναμική
αυτής της τεχνολογίας.

Τώρα, θα σας δείξω
τον εξοπλισμό μας.

Αυτός είναι ένας πρώτυπος
που οι μηχανικοί μας

κατασκευάζουν αυτή
τη στιγμή στο εργαστήριο

και είναι αυτό που θα μας δώσει

τους τεχνολογικούς ελέγχους
που απαιτούνται

προκειμένου να συνδεθούν 10
ή περισσότερα τσιπ μεταξύ τους.

Κάνει και κάτι άλλο
που είναι πολύ σημαντικό.

Παρέχει ένα εύκολο
περιβάλλον στον χρήστη.

Έτσι, ένας κυτταρικός βιολόγος,
όπως εγώ, μπορεί να έρθει,

να πάρει ένα τσιπ,
να το βάλει σε ένα δοχείο,

σαν το πρωτότυπο που βλέπετε εδώ,

να βάλει το δοχείο στη μηχανή,

όπως θα κάνατε με ένα CD

και είναι έτοιμο.

Τοποθέτηση και άμεση λειτουργία.
Εύκολη.

Τώρα, ας φανταστούμε λίγο

πώς μπορεί να μοιάζει το μέλλον,

εάν μπορούσα να πάρω
τα βλαστικά σας κύτταρα

και τα τα βάλω σε ένα τσιπ

ή τα δικά σας βλαστικά κύτταρα
και τα βάλω σε ένα τσιπ.

Θα ήταν ένα εξατομικευμένο
τσιπ μόνο για εσάς.

Τώρα όλοι μας εδώ
είμαστε διαφορετικά άτομα

και αυτές οι ατομικές μας
διαφορές σημαίνουν

ότι θα μπορούσαμε
να αντιδράσουμε πολύ διαφορετικά

και μερικές φορές με απρόβλεπτους
τρόπους στα φάρμακα.

Εγώ η ίδια, μερικά χρόνια πριν,
είχα έναν πραγματικά άσχημο πονοκέφαλο,

δεν έφευγε με τίποτα και σκέφτηκα:
«Θα προσπαθήσω κάτι άλλο».

Πήρα μερικά παυσίπονα.
Δεκαπέντε λεπτά αργότερα,

πήγαινα για τα έκτακτα περιστατικά

με μια πλήρης κρίση άσθματος.

Προφανώς δεν ήταν μοιραία,

αλλά δυστυχώς,
ορισμένες από αυτές

τις παρενέργειες φαρμάκων
μπορούν να αποβούν μοιραίες.

Πώς μπορούμε να τις εμποδίσουμε;

Θα μπορούσαμε να φανταστούμε μια μέρα

έχοντας την Τζεραλντίν σε ένα τσιπ,

έχοντας την Ντανιέλ σε ένα τσιπ,

έχοντας εσάς σε ένα τσιπ.

Εξατομικευμένη ιατρική.
Ευχαριστώ.

(Χειροκρότημα)