Partes do corpo humano nun chip

Resulta relativamente sinxelo imaxinar un novo medicamento, un tratamento mellor para certas doenzas. Con todo, a parte máis complexa é facer os ensaios, algo que pode retrasar potenciais novas curas durante anos. Nesta clara charla, Geraldine Hamilton mostra como o seu laboratorio desenvolve órganos e partes do corpo nun chip, estruturas simples que conteñen todas as pezas esenciais para o ensaio de novos fármacos, incluíndo curas personalizadas para un individuo en particular. (Gravado en TEDxBoston)

Temos un reto global para a saúde

nas nosas mans,

e trátase de que o xeito no que

descubrimos e desenvolvemos
novos fármacos

é demasiado caro, leva moito tempo,

e falla a miúdo.

Simplemente non funciona, o que significa

que os doentes que precisan
novas terapias de forma urxente

non as están a recibir

e as enfermidades non se están tratando.

Estamos a gastar cada vez
máis e máis diñeiro.

Así, por cada mil millóns de dólares
que gastamos en I+D

hai menos fármacos aprobados no mercado.

Máis diñeiro, menos fármacos. Hum.

Así que, que está pasando aquí?

Ben, hai múltiples factores en xogo

pero penso que un dos factores clave

é que as ferramentas que temos

para ensaiar se un fármaco vai funcionar,

se é efectivo,

ou se vai ser seguro

antes de facer
ensaios clínicos en persoas,

estannos a fallar.
Non están a prever

o que vai acontecer en humanos.

E temos dúas ferramentas principais

á nosa disposición.

Células en placas de cultivo
e ensaios con animais.

Falemos da primeira ferramenta,
os cultivos celulares.

As células funcionan felices
dentro do noso corpo

E nós collémolas e sacámolas

do seu ambiente natural,
poñémolas nunha desas placas,

e esperamos que funcionen.

Adiviñade que. Non o fan.

Non lles gusta ese ambiente

porque non ten nada que ver

co que teñen no corpo.

Que pasa cos ensaios en animais?

Ben, os animais poden proporcionar

información moi útil.

Móstrannos o que acontece

nun organismo complexo.

Aprendemos máis sobre a bioloxía.

Con todo, na maioría dos casos,

os modelos animais non permiten prever
o que pasará en persoas

cando se lles subministre un
fármaco concreto.

Así que precisamos mellores instrumentos.

Precisamos células humanas,

pero temos que descubrir
como mantelas felices

fóra do corpo.

Os nosos corpos son ambientes dinámicos.

Estamos en movemento constante.

As nosas células experiméntano.

Atópanse en ambientes dinámicos no corpo.

Están baixo forzas mecánicas constantes.

Así que se queremos
facer felices as células

fóra do noso corpo

necesitamos transformarnos en arquitectos.

Temos que deseñar e construír

un novo fogar para as células.

E no Wyss Institute

é o que acabamos de facer.

Chamámoslle órgano nun chip.

E teño un aquí mesmo.

É fermoso, verdade?
Pero é realmente incríbel.

Aquí na miña man teño
un pulmón humano nun chip

que respira, vivo.

E non é soamente fermoso

Pode facer moitas cousas.

Temos células vivas neste pequeno chip,

células que se atopan
nun ambiente dinámico

interactuando con outras
células diferentes.

Moita xente intentou

cultivar células no laboratorio.

Probaron moitas estratexias diferentes.

Incluso intentaron cultivar
pequenos miniórganos.

Nós non intentamos facer iso.

Simplemente estamos a tentar recrear

neste pequeno chip

a unidade funcional máis pequena

que representa a bioquímica,

a función e a tensión mecánica

que as células experimentan
nos nosos corpos.

E como funciona?
Deixádeme amosarvos.

Empregamos técnicas dos fabricantes

de chips informáticos

para facer estas estruturas a unha escala

relevante tanto para as células
como para o seu ambiente.

Temos tres canais fluídicos.

No medio temos
unha membrana porosa, flexible,

onde podemos incorporar
as células humanas

de, por exemplo, pulmóns,

e, por debaixo,
están as células capilares,

as células dos vasos sanguíneos.

Podemos agora aplicarlle ao chip
forzas mecánicas

que estenden e contraen a membrana

de forma que as células sofren
as mesmas forzas mecánicas

que cando respiramos.

E experiméntanas igual ca no corpo.

Hai aire que flúe polo canal superior

e entón circulamos un líquido
que contén nutrientes

a través do canal sanguíneo.

O chip é moi fermoso,

pero que podemos facer con el?

Podemos obter
un incrible nivel de funcionalidade

dentro destes pequenos chips.

Deixádeme amosarvos.

Poderiamos, por exemplo,
imitar unha infección,

engadíndolle células bacterianas
ao pulmón.

e a continuación podemos
agregar glóbulos brancos humanos.

Os glóbulos brancos son
a defensa do noso corpo

contra bacterias invasoras,

e cando notan esta inflamación
por mor da infección,

entrarán dende o sangue ao pulmón

e fagocitarán a bacteria.

Agora imos ver como acontece isto

nun pulmón humano nun chip.

Marcamos os glóbulos brancos
para poder velos fluír,

e cando detectan a infección,

comezan a adherirse.

Adhírense e entón intentan
penetrar no lado do pulmón

dende o vaso sanguíneo.

Como podedes ver aquí,
podemos visualizar

un único glóbulo branco.

Adhírese, móvese entre
as capas celulares,

a través do poro,

sae no outro lado da membrana

e aí vai fagocitar a bacteria

marcada en verde.

Acabas de presenciar nese chip diminuto

unha das respostas máis fundamentais

do noso corpo fronte a unha infección.

Así respondemos a...
unha resposta inmunitaria.

É moi emocionante.

Agora quero compartir
esta imaxe con vós

non só porque é moi fermosa,

senón tamén porque nos dá
unha gran cantidade de información

sobre o que fan as células
dentro dos chips.

Dinos que estas células

das pequenas vías aéreas
nos nosos pulmóns

teñen estruturas parecidas a cabelos

que esperariades ver no pulmón.

Son estruturas chamadas cilios,

e moven a mucosidade
fóra do pulmón

Si. Mucosidade. Que noxo!

Mais realmente a mucosidade
é moi importante.

A mucosidade atrapa partículas, virus,

alérxenos potenciais,

e estes pequenos cilios moven

e expulsan a mucosidade.

Cando son danados,

por exemplo polo fume do tabaco,

non funcionan correctamente
e non poder botar o moco.

Isto pode derivar en enfermidades
coma a bronquite.

Os cilios e a limpeza da mucosidade

tamén están relacionados con enfermidades
tan terribles coma a fibrose quística.

Mais coa funcionalidade
que conseguimos nestes chips

podemos comezar a buscar

novos posibles tratamentos.

Non paramos co pulmón nun chip.

Temos un intestino nun chip.

Aquí podedes ver un.

Puxemos células intestinais humanas

nun intestino nun chip,

baixo un movemento peristáltico continuo

con este fluxo goteando
a través das células

podemos imitar moitas das funcións

que un esperaría ver

no intestino humano.

Agora podemos comezar a crear
modelos de enfermidades

coma a síndrome de colon irritable.

Esta enfermidade afecta

a moitas persoas.

É moi debilitante

e con poucos tratamentos efectivos.

Agora temos toda unha gama

de órganos en chips diferentes

nos que estamos a traballar
nos nosos laboratorios.

Non obstante, o potencial real
desta tecnoloxía

atópase no feito

de que podemos conectalos
a través de fluídos.

Hai fluídos circulando
sobre as células,

de xeito que podemos
comezar a conectar

diferentes chips xuntos

para formar o que denominamos
un humano virtual nun chip.

Isto é realmente emocionante.

Nunca imos recrear
un humano completo nestes chips,

pero o noso obxectivo é poder recrear

a suficiente funcionalidade

e poder facer mellores predicións

do que acontece nos humanos.

Por exemplo, podemos
comezar a explorar

o que acontece cando temos
un fármaco en aerosol.

Os que coma min padecedes asma,
cando usades o voso inhalador

podemos explorar como o fármaco
chega aos vosos pulmóns,

como entra no corpo,

como pode afectar o voso corazón

Cambia o latexo do voso corazón?

É tóxico?

É eliminado polo fígado?

Metabolízase no fígado?

Excrétase nos vosos riles?

Podemos comezar a estudar

a resposta dinámica do corpo a un fármaco.

Isto podería revolucionar

e ser un punto de inflexión

non só para a industria farmacéutica,

senón tamén para moitas outras,

incluíndo a industria cosmética.

Poderiamos empregar a pel nun chip

que estamos a desenvolver
no laboratorio

para ensaiar se os compoñentes
deses produtos

que estades a usar
son seguros para aplicar na pel

sen ter que facer ensaios en animais.

Poderiamos ensaiar a seguridade

dos produtos químicos
aos que estamos expostos

cada día no noso contorno,

coma os dos produtos
comúns de limpeza.

Poderiamos tamén empregar
os órganos en chips

para aplicacións en bioterrorismo

ou exposición á radiación.

Poderiamos usalos
para aprender máis sobre

enfermidades coma o ébola

ou outras enfermidades mortais
coma o SARS.

Os órganos en chips poderían cambiar

como facemos os
ensaios clínicos no futuro.

Agora mesmo, o participante medio

nun ensaio clínico é iso mesmo: medio.

Tende a ser de media idade,
tende a ser muller.

Non atoparedes moitos ensaios clínicos

nos que participen nenos,

e aínda así, medicamos
aos nenos a diario

e a única información que temos
sobre a seguridade dese fármaco

é a que obtivemos con adultos.

Os nenos non son adultos.

Pode que non respondan
do mesmo xeito.

Hai outros factores coma
as diferenzas xenéticas

entre poboacións

que poden levar a poboacións de risco

ao perigo de sufriren
unha reacción adversa ao fármaco.

Agora imaxinade que puideramos coller
células de todas estas poboacións,

poñelas en chips

e crear poboacións nun chip.

Isto podería cambiar a forma

na que facemos ensaios clínicos.

E este é o equipo e a xente
que o está facendo.

Temos enxeñeiros, biólogos celulares,

temos médicos clínicos,
todos traballando xuntos.

Estamos a ver algo realmente incrible

no IWyss Institute.

É realmente
unha converxencia de disciplinas

onde a bioloxía está a influenciar
o xeito no que deseñamos,

o modo no que proxectamos,
a forma na que construímos

É moi emocionante.

Estamos establecendo importantes
colaboracións con industrias

coma as que temos cunha empresa

con experiencia en fabricación dixital
a grande escala.

Eles vannos axudar a facer,

non un,

millóns destes chips,

para poñelos nas mans

do maior número de investigadores posible.

Isto é chave para o potencial
desta tecnoloxía.

Deixádeme ensinarvos o noso instrumento.

Este é un aparello que os nosos enxeñeiros

están a desenvolver como
prototipo no laboratorio,

e este instrumento vainos dar

os controis técnicos que imos precisar

para unir 10 ou máis órganos en chips.

Fai algo máis que é moi importante:

crea unha interface de usuario simple.

Así, un biólogo coma min pode chegar,

coller un chip, poñelo nun cartucho

coma no prototipo que vedes aí,

colocar o cartucho na máquina

igual que farías cun CD

e listo.

Conectar e xogar. Doado.

Agora, imaxinemos un pouco

como podería ser o futuro

se puidese coller as túas células nai

e poñelas nun chip,

ou as túas, e poñelas nun chip.

Sería un chip personalizado
unicamente para ti.

Todos os que estamos aquí somos individuos

e esas diferenzas individuais significan

que podemos reaccionar
de xeito moi diferente

e ás veces dunha maneira
imprevisible aos fármacos.

Eu mesma, un par de anos atrás,
tiven unha xaqueca realmente forte,

que non pasaba e pensei:
"Probarei algo diferente"

Tomei Advil e 15 minutos despois

estaba de camiño a urxencias

cun grande ataque de asma.

É obvio que non foi fatal,

pero, desafortunadamente, algunhas destas

reaccións aos fármacos poden ser mortais.

Como os podemos previr entón?

Ben, poderiamos imaxinar que un día

teremos a Geraldine nun chip,

teremos a Danielle nun chip,

terémosvos a vós nun chip.

Medicina personalizada. Grazas.

(Aplausos)