Partes do corpo num "chip"

É relativamente fácil imaginar uma nova medicina, uma melhor cura para algumas doenças. O difícil, no entanto, é testá-la, o que pode adiar as curas promissoras por anos. Nesta palestra bem explicada, Geraldine Hamilton mostra como o seu laboratório cria órgãos e partes do corpo em "chip", estruturas simples com todos os componentes essenciais para testar novos medicamentos — inclusive curas personalizadas para uma determinada pessoa. (Filmado no TEDxBoston)

Temos um desafio de saúde global

em nossas mãos.

A forma com que, atualmente,

descobrimos e desenvolvemos
novos medicamentos

é muito cara, leva muito tempo

e obtemos mais fracassos do que sucessos.

Isto simplesmente não está a funcionar,
o que significa

que os pacientes que precisam muito
de novas terapias

não as conseguem receber

e algumas doenças continuam
sem tratamento.

Parece que estamos a gastar
cada vez mais dinheiro,

pois para cada mil milhões de dólares
gastos com pesquisa e desenvolvimento,

temos menos medicamentos
aprovados no mercado.

Mais dinheiro, menos medicamentos. Hmm.

Então, o que está a acontecer?

Bem, há diversos fatores em jogo,

mas acredito que um dos principais

seja que as ferramentas que temos

disponíveis para testar
se um medicamento irá funcionar,

se será eficaz,

ou se será seguro

antes de chegar aos testes clínicos
em humanos, estão a falhar.

Não conseguem prever

o que acontecerá nos humanos.

E nós temos duas ferramentas importantes

à nossa disposição.

São as células "in vitro"
e os testes em animais.

Vamos falar sobre a primeira,
as células "in vitro".

Lá estão as células,
a funcionar felizes nos nossos corpos.

Nós pegamos nelas e retiramo-las

do seu "habitat" natural,
metemo-las em placas de cultura,

e esperamos que elas funcionem.

Adivinhem só. Elas não funcionam.

Não gostam daquele ambiente

porque não tem nada a ver

com o que existe no corpo.

E os testes com animais?

Bem, os animais de facto fornecem

informações extremamente úteis.

Ele ensinam-nos o que se passa

nos organismos complexos.

Aprendemos mais sobre a biologia
propriamente dita.

Entretanto, na maioria das vezes,

os modelos animais falham na previsão
do que acontecerá nos humanos

quando são tratados
com uma droga específica.

Portanto, precisamos de
melhores ferramentas.

Precisamos de células humanas,

mas precisamos de encontrar uma forma
de mantê-las felizes

fora do corpo.

Os nossos corpos são ambientes dinâmicos.

Estamos em constante movimento.

As nossas células sentem isso.

Estão em ambientes dinâmicos
dentro do nosso corpo.

Estão sob forças mecânicas constantes.

Então, para fazer as células felizes

fora dos nossos corpos,

precisamos de nos tornar
arquitetos celulares.

Precisamos de desenhar,
planear e construir

um lar longe de casa para as células.

E no Wyss Institute

fizemos exatamente isso.

Nós chamamo-lo de órgão em "chip".

E eu tenho um aqui.

É lindo, não é?
Mas é inacreditável.

Bem, aqui na minha mão
há um pulmão humano

a respirar, vivo num "chip".

E não é só bonito.

Ele consegue fazer
uma imensa variedade de coisas.

Temos células vivas
naquele pequeno "chip",

células que estão num ambiente dinâmico

a interagir com diferentes tipos celulares.

Muitas pessoas já tentaram

cultivar células em laboratório.

Tentaram de muitas maneiras diferentes.

Tentaram até cultivar pequenos
mini-órgãos em laboratório.

Não é o que estamos a tentar fazer aqui.

Estamos simplesmente a tentar recriar

neste "chip" minúsculo

a menor unidade funcional

que represente a bioquímica,

a função e tensão mecânica

que as células vivenciam nos nossos corpos.

Mas, como funciona?
Vou mostrar-vos.

Usamos as técnicas da indústria
que fabrica

"chips" de computador

para fazer estas estruturas numa escala

relevante tanto em relação às células
como ao seu ambiente.

Temos três canais fluídicos.

No centro, temos uma membrana
porosa, flexível

na qual podemos adicionar células humanas,

por exemplo, dos pulmões,

e mais abaixo teriam as células capilares,

as células nos nossos vasos sanguíneos.

E podemos, então, aplicar
forças mecânicas ao "chip"

que esticam e encolhem a membrana,

para que as células recebam
as mesmas forças mecânicas

que receberiam quando respiramos.

E elas a recebem da mesma maneira
que aconteceria no corpo.

Existe ar a passar pelo canal superior,

e acrescentamos um líquido
que contém nutrientes

através do canal do sangue.

O "chip" é bem bonito,

mas o que podemos fazer com ele?

Podemos ter funcionalidades incríveis

dentro destes pequenos "chips".

Mostrar-vos-ei.

Poderíamos, por exemplo,
imitar uma infeção,

introduzindo células bacterianas
nos pulmões.

Então, podemos adicionar glóbulos brancos.

Os glóbulos brancos são as células
de defesa do nosso corpo

contra as bactérias invasoras,

e ao perceberem esta inflamação
devido à infeção,

elas vão passar do sangue para o pulmão

para esmagar a bactéria.

Bem, agora vocês vão ver acontecer

ao vivo num pulmão humano em "chip".

Nós marcámos os glóbulos brancos
para que os possam ver a fluir.

Quando eles detetam a infeção,

começam a aderir.

Eles aderem e tentam passar
da artéria

para o pulmão,

É possível ver aqui,
podemos realmente visualizar

um único glóbulo branco.

Ele adere, abre caminho por entre

as camadas celulares, através do poro,

surge do outro lado da membrana,

e aí, irá envolver a bactéria

marcada a verde.

Neste minúsculo "chip",
vocês acabaram de testemunhar

uma das respostas mais fundamentais

do nosso corpo contra uma infeção.

É assim que respondemos
— uma resposta imune.

É muito empolgante.

Agora quero partilhar
esta imagem convosco,

não só por ser tão bonita,

mas por trazer uma enorme quantidade
de informações

sobre o que as células fazem
dentro dos "chips".

Isto mostra-nos que estas células

das pequenas vias aéreas
nos nossos pulmões,

realmente têm estas estruturas
parecidas com pelos

que se espera ver nos pulmões.

Estas estruturas são chamadas cílios,

e movem o muco para fora do pulmão.

Sim. Muco. Que nojo!

Mas o muco é realmente muito importante.

O muco captura partículas, vírus,

alergéneos em potencial,

e estes cílios movimentam-se

e limpam o muco para fora.

Quando são danificados, digamos,

pelo fumo de cigarro, por exemplo,

não funcionam adequadamente,
e não conseguem limpar o muco.

Isso pode causar doenças como a bronquite.

Os cílios e a limpeza do muco

também estão envolvidos em
doenças terríveis como a fibrose quística.

Mas agora, com a funcionalidade
que temos nestes "chips",

podemos começar a procurar

possíveis novos tratamentos.

Não parámos no pulmão em "chip".

Temos um intestino em "chip".

Vocês podem vê-lo aqui.

E colocámos células de intestino humano

num intestino em "chip",

que estão sob constantes movimentos
peristálticos,

este fluxo intermitente através
das células,

e podemos simular muitas outras funções

que realmente existem

no intestino humano.

Agora podemos começar a criar
modelos de doenças

como a síndrome do intestino irritável.

Esta doença afeta

um grande número de pessoas.

É muito incapacitante,

e não existem muitos tratamentos
bons para isso.

Agora, temos toda uma tubulação

de diferentes "chips" de órgãos

em que estamos a trabalhar atualmente
nos nossos laboratórios.

O verdadeiro poder desta tecnologia,
no entanto,

vem do facto de podermos

ligá-los fluidicamente.

Existe fluido a passar
por entre as células,

de modo que podemos interligar

múltiplos "chips" diferentes juntos

para formar o que chamamos de
"humano em 'chip' ".

Agora sim, estamos muito empolgados!

Nunca recriaremos um humano inteiro
nestes "chips",

mas o nosso objetivo é
sermos capazes de recriar

funcionalidades suficientes

para que possamos fazer melhores previsões

do que irá acontecer nos humanos.

Por exemplo, podemos começar a explorar

o que acontece quando damos
um medicamento por inalação.

Quem de vocês tem asma, assim como eu,
ao usar a bombinha,

podemos explorar como o medicamento
entra nos seus pulmões,

como entra no seu corpo,

como poderá afetar, digamos, o seu coração.

Será que altera
os seus batimentos cardíacos?

Será que é tóxico?

Será que é eliminado pelo fígado?

É metabolizado no fígado?

Será excretado pelos rins?

Podemos estudar a resposta dinâmica

do corpo a um medicamento.

Isto poderá mesmo revolucionar

e virar o jogo

não só para a indústria farmacêutica,

mas para toda uma gama de
diferentes indústrias,

incluindo a indústria cosmética.

Poderemos usar a pele em "chip"

que está em desenvolvimento no laboratório

para testar se os ingredientes dos produtos

que você usa são mesmo seguros
para colocar na sua pele

sem a necessidade de testes em animais.

Poderíamos testar a segurança

dos produtos químicos
aos quais estamos expostos

diariamente no ambiente,

tais como os presentes
em produtos de limpeza.

Poderíamos usar os "chips" de órgãos

para aplicações no bioterrorismo

ou exposição à radiação.

Poderíamos usá-los para saber mais sobre

doenças como o ébola

ou outras letais como
a síndrome respiratória aguda grave.

Os "chips" de órgãos também poderiam mudar

o modo como faremos testes clínicos
no futuro.

Atualmente, o participante médio

num estudo clínico é assim: médio.

Tende a ser de meia idade,
tende a ser mulher.

Não se encontram muitos estudos clínicos

a envolver crianças,

apesar de, diariamente,
darmos remédios às crianças

e a única informação que temos sobre
a segurança desses medicamentos

é obtida a partir de adultos.

As crianças não são adultos.

Podem não ter a mesma resposta
dos adultos.

Há outros fatores como
as diferenças genéticas

nas populações

que podem levar a populações de risco

que podem sofrer reações adversas
ao medicamento.

Agora, imagine que pegamos em células
de todas estas diferentes populações

colocamo-las em "chips"

e criamos populações em "chip".

Isso realmente poderia mudar o modo

de fazer estudos clínicos.

E esta é a equipa e as pessoas
que estão a fazer isto.

Temos engenheiros, biólogos celulares,

temos médicos, todos a trabalhar juntos.

Estamos a presenciar algo
realmente incrível

no Wyss Institute.

É uma verdadeira convergência
de disciplinas,

onde a biologia influencia o modo
como desenhamos,

planeamos e construímos.

É muito empolgante.

Estabelecemos importantes
parcerias industriais

como a que temos com uma empresa

especialista em manufatura digital
em larga escala.

Eles ajudar-nos-ão a fazer

em vez de apenas um,

milhões destes "chips",

para que os possamos ter nas mãos

do maior número possível de investigadores.

E isso é fundamental para o potencial
desta tecnologia.

Agora, deixem-me mostrar-vos
o nosso instrumento.

É o instrumento em que
os nossos engenheiros

estão a trabalhar neste momento,
como protótipo no laboratório,

e ele fornecer-nos-á

os controlos necessários de modo a

unirmos 10 ou mais "chips" de órgãos.

Também faz algo de muita importância.

Cria uma "interface" de fácil utilização.

Assim, um biólogo celular como eu
pode entrar,

pegar num "chip", colocá-lo num cartucho

como o protótipo visto aqui,

colocar o cartucho na máquina

tal como se faz com um CD,

e pronto.

Ligar à corrente e pôr a máquina
a funcionar. Fácil.

Agora, imaginem um pouco

como seria no futuro

se eu pudesse pegar
nas suas células estaminais

e as colocasse num "chip",

ou nas suas células estaminais
e as colocasse num "chip".

Seria um "chip" personalizado
à sua medida.

Todos nós aqui somos indivíduos,

e as diferenças individuais significam

que podemos reagir de modos diferentes

e, às vezes, imprevisíveis
aos medicamentos.

Eu mesma, há alguns anos,
tive uma forte dor de cabeça,

de que não me conseguia livrar e pensei:
"Vou tentar algo diferente."

Tomei Advil.
Quinze minutos depois,

eu estava a caminho das emergências

com uma completa crise de asma.

Obviamente, não foi fatal,

mas, infelizmente,
alguns destes efeitos adversos

dos medicamentos podem ter
reações fatais.

Então, como os prevenimos?

Bem, poderíamos imaginar um dia

ter a Geraldine num "chip",

ter a Danielle num "chip",

tê-lo a si num "chip".

Medicina personalizada.
Obrigada!

(Aplausos)