Testrészek csipen

Nem könnyű kitalálni egy újfajta gyógymódot, egy jobb kezelést valamely betegségre. Még keményebb a tesztelés, ami évekkel késleltetheti egy-egy ígéretes gyógyszer bevezetését. Geraldine Hamilton elmeséli, hogyan készülnek intézetükben a szervcsipek -- a lapkára szerelt szervek és testrészek --, ezek a leegyszerűsített struktúrák, melyekben azonban együtt van minden, amivel tesztelhető az új szerek hatása és mellékhatása, akár egy konkrét személyre szabottan is. (Felvétel: TEDxBoston)

Az egészségügy egészét érintő probléma

napjainkban,

hogy az a módszer, amellyel

az új gyógyszerek felfedezése
és kifejlesztése folyik,

túl drága és hosszadalmas,

és gyakrabban végződik kudarccal,
mint sikerrel.

Igazából nem működik a dolog, tehát

a páciensek, akik újfajta terápiát igényelnének,

nem kapják meg azt,

és betegségük kezeletlen marad.

Úgy tűnik, egyre több és több pénzt költünk.

És a K+F-re fordított milliárdokért

mind kevesebb jóváhagyott gyógyszer kerül piacra.

Több pénz, kevesebb gyógyszer. Hmm.

Mi történik itt?

Nos, rengeteg tényező játszik közre,

de azt hiszem, az egyik kulcstényező az,

hogy a jelenlegi eszközeink,

mellyel letesztelhetnénk, hogy egy szer hatni fog-e,

hatékony lesz-e,

és biztonságos lesz-e,

mielőtt embereken próbálnák ki egy klinikán,

cserben hagynak minket.
Nem árulják el,

hogy mi történik majd az emberekkel.

Két fő eszköz áll

a rendelkezésünkre.

Sejtek Petri-csészében és állattesztek.

Kezdjük az elsővel: sejtek a Petri-csészében.

A sejtek vígan működnek a testünkben.

Fogjuk őket, és kiszakítjuk

a természetes környezetükből,
belelökjük őket egy ilyen tálkába,

és arra számítunk,
hogy működni fognak.

Tippeljenek. Nem fognak.

Nem szeretik ezt a környezetet,

mert köze sincs ahhoz,

amilyen a testünk volt számukra.

És mi van az állattesztekkel?

Nos, az állatok révén

rendkívül fontos információhoz jutunk.

Megtudjuk azt, mi történik

a komplex organizmusban.

Új ismereteket szerzünk
magáról a biológiáról.

Azonban az esetek többségében

az állatkísérletekből nem tudjuk meg,
mi fog történni az emberben,

ha az adott szerrel kezeljük.

Tehát jobb eszközök kellenek.

Emberi sejtekre van szükségünk,

de valahogy el kell érnünk,
hogy jól érezzék magukat

a testünkön kívül is.

A testünk dinamikus környezet.

Állandó mozgásban vagyunk.

A sejtjeink érzik ezt.

Dinamikus környezetben vannak a testünkben.

Mechanikai erők hatása alatt vannak folyton.

Ha tehát azt akarjuk, hogy jól érezzék magukat

a testünkön kívül,

akkor sejtépítészekké kell válnunk.

Meg kell terveznünk és fel kell építenünk

számukra egy új otthont,
távol az otthonuktól.

És mi, a Wyss Intézetben,

pontosan ezt tettük.

Ezt hívjuk szervcsipnek.

Van is nálam egy.

Gyönyörű nem? És hihetetlen is.

Itt tartok a tenyeremen egy élő, lélegző

emberi tüdőt egy csipen.

És nemcsak gyönyörű.

Elképesztően sokat is tud.

Ezen a kis csipen élő sejtek vannak,

sejtek, egy dinamikus környezetben,

kölcsönhatásban más sejttípusokkal.

Eddig már sokan

megpróbálták a sejtek
laboratóriumi szaporítását.

Sokfajta megközelítést alkalmaztak.

Még miniszerveket is próbáltak
laborban növeszteni.

Mi nem ezzel próbálkozunk.

Egyszerűen csak újjáteremtjük

ezen az apró csipen

azt a legkisebb funkcionális egységet,

amely tükrözi azt a biokémiát,

funkciót és mechanikai feszültséget,

melyet a sejtek a testünkben érzékelnek.

Hogyan is működik ez?
Megmutatom.

Azt a technikát használjuk,
amit a számítógépes csipek

gyártói,

hogy létrehozzuk ezeket a struktúrákat,
melyek léptéke

megfelel mind a sejteknek,
mind a környezetüknek.

Három folyadékcsatornánk van.

Itt középen van egy porózus és
rugalmas membrán,

melyre emberi sejteket teszünk,

mondjuk a tüdőből,

alá pedig hajszálérsejteket,

ilyenek vannak az érfalban.

Ezután mechanikai erőket
alkalmazunk a csipre,

melyek nyújtják és
összenyomják a membránt,

így a sejtek ugyanolyan
erőket érzékelnek,

mint amikor lélegzünk.

És ugyanúgy is érzik ezt,
mint amikor a testünkben voltak.

A felső csatornán keresztül levegő áramlik,

a tápanyagokat tartalmazó folyadékot pedig

a vércsatorna szállítja.

Nos, csakugyan szép csip,

de mit lehet vele kezdeni?

Hihetetlen funkcionalitás rejlik

ezekben a kis csipekben.

Meg is mutatom.

Például utánozni tudjuk vele a fertőzést,

csak baktériumot kell juttatni a tüdőbe.

Aztán adunk hozzá emberi fehérvérsejteket.

A fehérvérsejtek védik testünket

a behatoló baktériumoktól,

és amikor észlelik a fertőzés
okozta gyulladást,

átmennek a vérből a tüdőbe,

és bekebelezik a baktériumokat.

Nos, ezt most megnézhetik

élőben is egy igazi
emberi tüdőt hordozó csipen.

A fehérvérsejteket megjelöltük,
hogy lássák, ahogy mozognak,

majd a fertőzést észlelve

leragadnak.

Leragadnak, és megpróbálnak
átjutni a tüdő felőli

oldalra a vércsatornából.

Amint látják,
képesek vagyunk megmutatni

egyetlen fehérvérsejtet:

leragad, átfurakszik

a sejtrétegeken, a pórusokon,

kijön a membrán túloldalán,

és lám, már falja is a baktériumot,

melyet zölddel jelöltünk.

Egy apró csip, és szemtanúi lehettünk

az egyik alapvető jelenségnek,

ahogy testünk reagál a fertőzésre.

Ez a reagálás az immunválasz.

Elég izgalmas dolog.

És most szeretném megmutatni ezt a képet,

nemcsak azért, mert olyan szép,

hanem azért is, mert rengeteg
információt közöl arról,

mit csinálnak a sejtek a csipekben.

Megmutatja, hogy ezek a sejtek,

melyek a tüdőnk szűk
légjárataiban találhatók,

valóban olyan bolyhos
struktúrát hordoznak,

ahogy arra számítani lehetett.

Ezek a struktúrák, a csillók,

kifelé mozgatják a nyálkát a tüdőnkből.

Igen, a nyálkát. Fúj!

Valójában a nyálka nagyon fontos.

Beleragadnak a porszemek, vírusok,

potenciális allergének,

és ezek a pici, mozgékony csillók

kitakarítják a nyálkát a tüdőből.

Ha a csillók megsérülnek, mondjuk

például a cigarettafüsttől,

akkor nem működnek rendesen,
és nem tudják kihajtani a nyálkát.

Ez pedig olyan betegségekhez vezet,
mint a hörghurut.

A csillóknak és a nyálkaeltávolításnak

olyan szörnyű betegségekhez is közük van,
mint a cisztás fibrózis.

De most, a csipek nyújtotta
funkcionalitás birtokában,

elkezdődhet a kutatás

lehetséges új kezelések irányában.

Nem álltunk meg a tüdőcsipnél.

Van már bélcsipünk is.

Mutatok is egyet.

Emberi bélsejtek vannak

az ilyen csipekben,

melyek folyamatos
perisztaltikus mozgásban vannak

a sejtek között szivárgó folyadék hatására,

és számos olyan funkciót
tudunk utánozni velük,

amire számítani lehet az igazi

emberi bélben.

Olyan betegségeket modellezhetünk mostantól,

mint az irritábilis bél szindróma.

Az IBS olyan betegség,

mely sokakat érint.

Kellemetlen dolog,

és nincs rá igazán jó gyógymód.

Ma már sorozatban "gyártjuk"

a különböző szervcsipeket

a laboratóriumunkban.

Ennek a technológiának az igazi ereje

abból a tényből fakad,

hogy fluidikailag összekapcsolhatók.

A csipeken folyadék áramlik át,

így összekapcsolhatjuk

a különböző fajtájúakat

egy virtuális embercsippé.

Ez aztán már igazán izgalmas.

Persze sosem fogunk egy egész embert
újjáteremteni ezekben a csipekben:

az a célunk, hogy a kapott

funkcionalitás alapján

képesek legyünk
pontosabban előrejelezni,

hogy mi történik majd
az igazi emberekben.

Például most azt vizsgáljuk,

mi történik, ha egy szert
aeroszolként adunk.

Akinek asztmája van mint nekem,
és inhalálót használ,

annál megnézhetjük,
hogy kerül a szer a tüdejébe,

majd a testébe, és

hogyan hat mondjuk a szívére.

Megváltoztatja a szív ritmusát?

Van mérgező hatása?

A máj szűri ki?

Metabolizálódik a májban?

A vese választja ki?

Tanulmányozhatjuk a dinamikus

testreagálásokat is egy szer esetében.

Ez igazi forradalmat jelentene,

új játékszabályokkal,

nemcsak a gyógyszeriparban,

hanem egy sereg más iparágban is,

beleértve a kozmetikai ipart.

Potenciálisan arra használhatnánk
a bőrcsipet,

melyen most dolgozunk a laborban,

hogy megnézzük,
vajon egy termék összetevői

biztonságosan alkalmazhatók-e a bőrre

anélkül, hogy állatokon is kipróbálnánk.

Ellenőrizhetnénk biztonsági szempontból

azokat a vegyi anyagokat,
melyeknek ki vagyunk téve

nap mint nap az adott környezetben,

mint például a közönséges
háztartási tisztítószerek.

A szervcsipeket használhatnánk

olyan alkalmazásokban is,
melyek a bioterrorizmussal

vagy a sugárterheléssel kapcsolatosak.

Segítségükkel többet megtudhatnánk

olyan betegségekről, mint az ebola,

vagy a halálos SARS betegség.

A szervcsipek megváltoztathatnák

a klinikai tesztelés módját is a jövőben.

Jelenleg az átlagos résztvevő

egy klinikai tesztben az átlagos beteg.

Jellemzően középkorú és nőnemű.

Nem sok klinikai teszt akad,

amelybe gyermekeket is bevonnak,

pedig naponta adunk
gyógyszert gyerekeknek,

holott a beadott szerek
biztonságos voltát kizárólag

felnőtteken tesztelték.

A gyermek nem felnőtt.

Nem biztos, hogy úgy reagál,
mint egy felnőtt.

Előfordulhatnak
genetikai különbözőségek is

a népességben,

lehetnek olyan népességcsoportok,

amelyek negatívan reagálnak
egy adott szerre.

Képzeljük el most, hogy sejteket
veszünk a különböző csoportoktól,

csipbe tesszük ezeket,

és népességcsipeket készítünk belőlük.

Ez csakugyan megváltoztatná

a klinikai tesztelést.

A csapatunk minden tagja ezen dolgozik.

Van köztünk mérnök, van sejtbiológus,

van orvos, és mind együtt dolgozik.

Valami egészen hihetetlen zajlik

a Wyss Intézetben.

A tudományterületek konvergenciája,

amikor a biológia hatással van
a tervezésre,

a mérnöklésre, a kivitelezésre.

Izgalmas dolog.

Fontos ipari együttműködéseket
kezdeményezünk,

például egy olyan céggel,

amely nagy léptékű digitális
gyártási tapasztalattal rendelkezik.

Abban fognak segíteni nekünk,

hogy egy-egy darab helyett

milliószám gyártsuk ezeket a csipeket,

hogy hozzájuthasson

minden kutató, aki csak akar.

Mert ez a kulcs a technológiai lehetőségek
kibontakoztatásához.

Hadd mutassam meg most
a készülékünket!

Mérnökeink épp ennek a készüléknek

a prototípusán dolgoznak a laborban,

mert ez a készülék teszi
lehetővé számunkra

azt a szabályozási lehetőséget,
amely ahhoz kell,

hogy 10 vagy több csipet
kapcsoljunk össze.

És egy másik fontos feladata is van.

Kényelmes felhasználói
kezelőfelületként szolgál.

Tehát ha jön egy
magamfajta sejtbiológus,

fogja a csipet,
beteszi egy kazettába,

mint az a prototípus,
amelyet itt látnak,

bedugja a kazettát a masinába,

ahogy a CD-t szokta,

és már megy is a dolog.

Plug-and-Play. [Bedugod-és-Beindul.]
Ilyen egyszerű.

Most pedig képzeljük el,

milyen lenne a jövő, melyben

foghatnám az ön őssejtjeit,

és rárakhatnám egy csipre,

vagy az ön őssejtjeit rakhatnám rá.

Ezek már személyre szabott
csipek lennének, csak önöknek.

Mi itt mindannyian egyediek vagyunk,

és az egyedi különbségek azt jelentik,

hogy a reakciónk is nagyon eltérő --

és sokszor kiszámíthatatlanul az --
a különböző szerekre.

Jómagam, néhány éve,
igen erős fejfájástól szenvedtem,

nem tudtam megszabadulni tőle,
és gondoltam, "kipróbálok valami mást".

Bevettem pár Advilt. Tizenöt percre rá

már úton is voltam
a sürgősségi osztály felé

egy jól fejlett asztmarohammal.

A jelek szerint nem volt végzetes
-- (Derültség) --,

de sajnos, az efféle

negatív gyógyszerreakciók
végzetesek is lehetnek.

Hogy előzhetjük meg az ilyesmit?

Nos, el tudok képzelni egy napot,

amikor lesz Geraldine-csip,

lesz Danielle-csip,

lesz bárki-önök-közül-csip.

Személyre szabott orvoslás.
Köszönöm.

(Taps)