Partes do corpo em um chip

É relativamente fácil imaginar um novo medicamento, uma cura melhor para algumas doenças. Porém, a parte difícil é testá-los, e isso pode atrasar novas curas promissoras por anos. Nesta palestra bem explicativa, Geraldine Hamilton mostra como seu laboratório cria órgãos e partes do corpo em chips, estruturas simples com todas as peças essenciais para testar novos medicamentos, até mesmo curas personalizadas para uma pessoa específica. (Filmado no TEDxBoston)

Nós temos um desafio de saúde global

em nossas mãos hoje,

isto é, a forma como atualmente

descobrimos e desenvolvemos
novos medicamentos

é muito cara, demora muito,

e falha mais vezes do que é bem sucedida.

Não está realmente funcionando,
e isso significa

que pacientes que precisam
urgentemente de novas terapias

não as conseguem,

e doenças passam sem serem tratadas.

Parece que estamos gastando
cada vez mais dinheiro.

Portanto, para cada bilhão de dólares
que gastamos em P&D,

estamos tendo menos drogas
aprovadas no mercado.

Mais dinheiro, menos drogas. Hmm.

O que está acontecendo aqui?

Bem, há uma variedade de fatores em jogo,

mas acho que um dos fatores-chave

é que as ferramentas que temos atualmente

disponíveis para testar
se um medicamento vai funcionar,

se ele é eficaz,

ou se vai ser seguro

antes de colocá-lo
em testes clínicos em humanos,

estão sendo falhos. Não estão prevendo

o que vai acontecer em seres humanos.

E temos duas ferramentas principais disponíveis

à nossa disposição.

São células em placas e testes em animais.

Agora vamos falar sobre a primeira,
as células em placas.

Então, as células são felizes
funcionando em nossos corpos.

Nós as pegamos e as tiramos

do seu ambiente nativo,
colocamo-las em uma dessas placas,

e esperamos que elas trabalhem.

Adivinhem só. Elas não trabalham.

Elas não gostam desse ambiente

porque não é nada parecido

com o que elas têm no corpo.

Que tal testes em animais?

Bem, animais podem fornecer

informações extremamente úteis.

Eles nos ensinam sobre o que acontece

no organismo complexo.

Aprendemos mais sobre a própria biologia.

No entanto, na maioria das vezes,

modelos animais não conseguem prever
o que vai acontecer em humanos

quando uma droga específica lhes for administrada.

Então, precisamos de ferramentas melhores.

Precisamos de células humanas,

mas precisamos de uma maneira
de mantê-las felizes

fora do corpo.

Nossos corpos são ambientes dinâmicos.

Estamos em constante movimento.

Nossas células vivenciam isso.

Estão em ambientes dinâmicos em nosso corpo.

Estão sob forças mecânicas constantes.

Então, se quisermos deixar as células felizes

fora de nossos corpos,

precisamos nos tornar arquitetos celulares.

Precisamos projetar e construir

uma casa longe de casa para as células.

E no Instituto Wyss,

fizemos exatamente isso.

Nós o chamamos de órgão-no-chip.

E estou com um bem aqui.

É lindo, não é? Mas é incrível.

Bem aqui na minha mão está um pulmão humano

vivo e respirando em um chip.

E não é somente bonito.

Pode fazer uma grande quantidade de coisas.

Temos células vivas naquele pequeno chip,

células que estão em um ambiente dinâmico,

interagindo com diversos tipos de células.

Houve muitas pessoas

tentando criar células em laboratório.

Tentaram muitas abordagens diferentes.

Até tentaram criar pequenos
miniórgãos no laboratório.

Não estamos tentando fazer isso aqui.

Estamos simplesmente tentando recriar

neste chip minúsculo

a menor unidade funcional

que representa a bioquímica,

a função e a tensão mecânica

que as células vivenciam em nossos corpos.

Então, como é que funciona?
Deixem-me lhes mostrar.

Usamos técnicas da indústria de fabricação

de chips de computadores

para fazer estas estruturas numa escala

relevante tanto para as células
quanto para seu ambiente.

Temos três canais fluídicos.

No centro, temos uma membrana porosa, flexível

sobre a qual podemos adicionar células humanas,

digamos, dos nossos pulmões,

e, por baixo, elas tinham células capilares,

as células em nossos vasos sanguíneos.

E assim podemos aplicar
forças mecânicas no chip

que esticam e contraem a membrana,

para que as células experimentam
as mesmas forças mecânicas

que eles experimentavam quando respiramos.

E elas as experimentam como no corpo.

Há ar fluindo pelo canal acima,

e escoamos um líquido que contém nutrientes

através do canal sanguíneo.

Bem, o chip é muito bonito,

mas o que podemos fazer com ele?

Podemos obter uma funcionalidade incrível

dentro desses pequenos chips.

Deixem-me lhes mostrar.

Poderíamos, por exemplo, imitar uma infecção,

adicionando células bacterianas ao pulmão,

e podemos adicionar glóbulos brancos humanos.

Glóbulos brancos são a defesa do nosso corpo

contra os invasores bacterianos,

e quando eles sentem
a inflamação devido à infecção,

eles vão entrar no pulmão a partir do sangue

e engolfar as bactérias.

Bem, agora vocês vão ver isso acontecer

ao vivo em um pulmão humano real em um chip.

Nós marcamos os glóbulos brancos
para que vocês possam vê-los fluindo,

e quando eles detectam a infecção,

eles começam a grudar.

Eles se aglutinam, e tentam entrar no lado

do pulmão a partir do canal sanguíneo.

E dá para ver aqui, podemos visualizar

um único glóbulo branco.

Ele adere, ele vai se contorcendo pelo caminho

entre as camadas de células, através do poro,

sai do outro lado da membrana,

e ali, vai engolfar as bactérias

marcadas em verde.

Nesse chip minúsculo,
vocês acabaram de testemunhar

uma das respostas mais fundamentais

que nosso corpo tem a uma infecção.

É a maneira como respondemos
-- uma resposta imune.

É bem emocionante.

Agora eu gostaria de compartilhar
essa imagem com vocês,

não só porque é muito bonita,

mas porque nos mostra uma enorme
quantidade de informação

sobre o que as células
estão a fazer dentro dos chips.

Ela nos diz que essas células

das pequenas vias aéreas em nossos pulmões,

na verdade, têm essas estruturas
semelhantes a pêlos

que você esperaria ver no pulmão.

Estas estruturas são chamados cílios,

e servem para colocar
o muco para fora do pulmão.

É. Muco. Eca.

Mas o muco é muito importante, na verdade.

O muco prende partículas, vírus,

alérgenos potenciais,

e esses pequenos cílios se movem

e colocam o muco para fora.

Quando eles se danificam, por exemplo,

por fumaça de cigarro, por exemplo,

eles não funcionam adequadamente,
e não conseguem colocar o muco para fora.

E isso pode causar doenças tais como bronquite.

Os cílios e a limpeza do muco

também estão envolvidos em doenças terríveis
como a fibrose cística.

Mas agora, com a funcionalidade
que temos nesses chips,

podemos começar a buscar

novos tratamentos potenciais.

Não paramos com o pulmão no chip.

Temos um intestino no chip.

Podem ver um aqui.

E colocamos células intestinais humanas

num intestino no chip,

e elas estão sob constante movimento peristáltico,

este fluxo através das células,

e conseguimos imitar muitas das funções

que, de fato, se esperaria ver

no intestino humano.

Agora podemos começar
a criar modelos de doenças

como a síndrome do intestino irritável.

Essa é uma doença que afeta

um grande número de indivíduos.

É realmente debilitante,

e não há muitos bons tratamentos para ela.

Agora temos toda uma cadeia

de diferentes chips de órgãos

em que estamos trabalhando no momento
em nossos laboratórios.

Mas o verdadeiro poder
desta tecnologia, no entanto,

vem mesmo do fato

de que pode ligá-los com fluidos.

Há fluido escoando por essas células.

Assim, podemos começar a interligar

vários chips diferentes

para formar o que chamamos de
um ser humano virtual no chip.

Agora estamos ficando realmente animados.

Não vamos nunca recriar
um ser humano completo nestes chips,

mas nosso objetivo é ser capaz de recriar

funcionalidades suficientes

para que possamos fazer melhores previsões

do que vai acontecer em seres humanos.

Por exemplo, agora podemos começar a explorar

o que acontece quando aplicamos
um medicamento como aerossol.

Aqueles como eu, que têm asma,
quando pegam seu inalador,

podemos explorar como o medicamento
entra em seus pulmões,

como entra no corpo,

como pode afetar, digamos, seu coração.

Será que ele afeta seu batimento cardíaco?

Será que é tóxico?

Será que vai ser eliminado pelo fígado?

Será que é metabolizado no fígado?

Será que é excretado nos rins?

Podemos começar a estudar a resposta

dinâmica do corpo a um medicamento.

Isso poderia mesmo revolucionar

e ser um divisor de águas,

não só para a indústria farmacêutica,

mas toda uma série de diferentes indústrias,

incluindo a indústria de cosméticos.

Podemos utilizar potencialmente a pele no chip

que estamos desenvolvendo
atualmente no laboratório

para testar se os ingredientes em tais produtos

que vocês estão usando são mesmo
seguros para colocar na pele,

sem a necessidade de testar em animais.

Poderíamos testar a segurança

de produtos químicos a que somos expostos

diariamente em nosso meio,

tais como produtos químicos
para limpeza doméstica cotidiana.

Também poderíamos usar os órgãos nos chips

para aplicações em bioterrorismo

ou exposição a radiação.

Poderíamos usá-los para aprender mais

sobre doenças como o ebola,

ou outras doenças mortais, como a SARS.

Órgãos em chips também poderiam mudar

a forma como fazemos ensaios clínicos no futuro.

No momento, o participante comum

em um ensaio clínico é assim: comum.

Tende a ser de meia idade,
tende a ser do sexo feminino.

Não se encontra muitos ensaios clínicos

em que crianças estão envolvidas,

mas mesmo assim, sempre damos
medicamentos às crianças,

e a única informação de segurança
que temos sobre esse medicamento

é aquela que conseguimos a partir de adultos.

Crianças não são adultos.

Elas podem não reagir
da mesma forma que os adultos.

Há outras coisas como diferenças genéticas

em populações,

que podem levar a... populações de risco

que correm o risco de ter
uma reação adversa ao medicamento.

Agora, imaginem se pudéssemos retirar células
de todas essas diferentes populações,

colocá-las em chips

e criar populações no chip.

Isso poderia mesmo mudar a forma

como fazemos ensaios clínicos.

E esta é a equipe e as pessoas
que estão fazendo isso.

Temos engenheiros, temos biólogos celulares,

temos médicos, todos trabalhando juntos.

Estamos vendo algo bastante incrível

no Instituto Wyss.

É uma convergência de disciplinas,

onde a biologia está influenciando
a forma como projetamos,

a forma como fazemos engenharia,
a forma como construímos.

É bem emocionante.

Estamos estabelecendo
importantes colaborações industriais,

como a que temos com uma empresa

que tem experiência em fabricação
digital de grande escala.

Eles vão nos ajudar a fazer,

em vez de um,

milhões desses chips,

para que possamos levá-los às mãos

do maior número de pesquisadores possível.

E isso é crucial para o potencial dessa tecnologia.

Agora, deixem-me lhes mostrar
nosso instrumento.

Este é um instrumento de que nossos engenheiros

estão criando um protótipo no laboratório,

e este instrumento vai nos dar

o controle de engenharia que será necessário

a fim de conectar 10 ou mais chips de órgãos.

E ainda faz outra coisa que é muito importante.

Ele cria uma interface de usuário amigável.

Assim, um biólogo celular, como eu, pode entrar,

pegar um chip, colocá-lo em um cartucho,

como o protótipo que vocês veem ali,

colocar o cartucho na máquina,

assim como se faria com um CD,

e assim se vai longe.

Plug-and-play. Fácil.

Agora, imaginemos um pouco

como poderia ser no futuro

se eu pudesse pegar suas células-tronco

e colocá-las em um chip,

ou suas células-tronco e colocá-las em um chip.

Seria um chip personalizado apenas para você.

Bem, todos nós aqui somos indivíduos,

e essas diferenças individuais significam

que poderíamos reagir de forma muito diferente

e, às vezes, de forma imprevisível
aos medicamentos.

Eu mesma, alguns anos atrás,
tive uma dor de cabeça terrível,

não conseguia me livrar dela, e pensei:
"Bem, vou tentar algo diferente."

Eu tomei Advil. Quinze minutos depois,

Eu estava a caminho da sala de emergência

com um ataque de asma total.

Bem, obviamente não foi fatal,

mas, infelizmente, algumas dessas

reações adversas
a medicamentos podem ser fatais.

Então, como podemos evitá-las?

Bem, poderíamos imaginar um dia

ter a Geraldine em um chip,

ter a Danielle em um chip,

ter você em um chip.

Medicina personalizada. Obrigada.

(Aplausos)