Er is een wereldwijde uitdaging
in de gezondheidszorg.
De manier waarop we tegenwoordig
nieuwe medicijnen ontdekken en ontwikkelen
is veel te duur en duurt veel te lang.
Het mislukt vaker dan dat het lukt.
Het werkt gewoon niet, en dat betekent
dat patiënten die nieuwe therapieën nodig hebben,
ze niet krijgen,
en dat ziektes niet worden behandeld.
We besteden er steeds meer geld aan.
Voor elke miljard dollar die we besteden aan R&D,
krijgen we minder geneesmiddelen op de markt.
Meer geld, minder geneesmiddelen. Hmm.
Wat is hier aan de hand?
Er spelen veel factoren een rol.
Een van de belangrijkste is
dat de middelen die we hebben, er niet in slagen
om te testen of het geneesmiddel werkt,
of het doeltreffend is,
of het veilig is
voordat we het op mensen gaan uitproberen.
Ze voorspellen niet goed
wat het op mensen doet.
We hebben twee technieken tot onze beschikking.
Dat zijn cellen in petrischalen en dierproeven.
Over de eerste, cellen in schalen:
cellen doen het goed in ons lichaam.
Dan pakken we ze uit hun natuurlijke omgeving,
en gooien ze in deze schalen,
en verwachten dat ze het doen.
En wat denk je? Ze doen het niet.
Ze vinden die omgeving niet fijn
want het is heel anders
dan in het lichaam.
En dierproeven dan?
Dieren kunnen enorm veel
nuttige informatie geven.
Ze leren ons wat er gebeurt
in een ingewikkeld organisme.
We komen meer te weten over de biologie zelf.
Maar vaak blijkt dat dieren
toch anders reageren dan mensen
als ze behandeld worden met een geneesmiddel.
Dus hebben we betere technieken nodig.
We hebben menselijke cellen nodig,
maar we moeten een manier vinden om ze goed te laten gedijen
buiten het menselijk lichaam.
Ons lichaam is een dynamische omgeving.
We zijn altijd in beweging.
Onze cellen ervaren dat.
Ze zitten in ons lichaam in een dynamische omgeving.
Ze ervaren continu mechanische krachten.
Als we dus cellen blij willen maken
buiten ons lichaam,
moeten we cel-ontwerper worden.
We moeten een plek ontwerpen en bouwen
buiten de natuurlijke plek voor cellen.
Op het Wyss-instituut
hebben we dat gedaan.
We noemen het een orgaan-op-een-chip.
Ik heb er hier een.
Hij is mooi hè? Hij is echt ongelooflijk.
Hier heb ik een ademende, levende
menselijke long op een chip.
Hij is niet alleen mooi.
Hij kan enorm veel dingen doen.
We hebben op die kleine chip levende cellen
die leven in een dynamische omgeving.
Samenlevend met verschillende typen cellen.
Er zijn veel mensen
die proberen cellen te kweken in het laboratorium.
Ze hebben dat op verschillende manieren geprobeerd.
Ze hebben zelfs geprobeerd om mini-organen te kweken.
Dat proberen we hier niet.
We proberen op deze mini-chip
gewoon de kleinste eenheid
te maken die nog werkt
en de biochemie vertegenwoordigt.
De functie en de mechanische druk
die cellen ervaren in ons lichaam.
Dus hoe werkt dat? Ik zal het uitleggen.
We gebruiken technieken
uit de computerchip-industrie,
om deze weefsels, die relevant zijn voor de cel en zijn omgeving,
op schaal te maken.
We hebben drie vloeistofkanalen.
In het midden zit een poreuze flexibele membraan
waar we menselijke cellen kunnen toevoegen
van bijvoorbeeld longen.
Eronder hebben ze capillaire cellen,
de cellen in onze aders.
We kunnen ook mechanische krachten op de chip uitoefenen
die het membraan rekken en strekken.
De cellen ondergaan dezelfde krachten
als wanneer wij ademen.
Dat voelt net als in het lichaam.
Er stroomt lucht door het bovenste kanaal.
Door het bloedkanaal laten we
een vloeistof stromen met voedingsstoffen.
De chip is nu echt mooi,
maar wat kunnen we ermee doen?
Er kan ongelooflijk veel
met deze kleine chips.
Ik zal het laten zien.
We kunnen bijvoorbeeld een besmetting naspelen,
waarbij we bacteriën in de long doen
en menselijke witte bloedlichaampjes toevoegen.
Witte bloedcellen zijn de menselijke verdediging
tegen bacteriële aanvallen.
Als ze een ontsteking door een infectie voelen,
dan gaan ze vanuit het bloed naar de long
en overspoelen de bacterie.
Dat ga je nu in het echt zien
in de menselijke long op de chip.
We hebben de witte bloedcellen gemerkt zodat je ze ziet gaan,
en als ze een infectie ontdekken
blijven ze zitten.
Ze proberen dan vanuit het bloedkanaal
in de long te komen.
Zoals je ziet, kunnen we
een enkele witte bloedcel zichtbaar maken.
Ze blijft zitten en kronkelt zich een weg
tussen de cellagen door de poriën,
naar de andere kant van het membraan,
en verzwelgt daar de bacterie,
hier in het groen.
Je hebt zojuist in dit chipje
de basisreactie gezien die ons lichaam heeft op een infectie.
Zo reageren wij erop -- een immuunreactie.
Dat is nogal wat.
Ik wil jullie deze foto laten zien.
Niet omdat hij zo mooi is,
maar omdat hij ons veel informatie geeft
over het gedrag van de cellen in de chips.
Deze cellen uit kleine luchtwegen in de longen,
hebben deze haarachtige structuur,
die je ook zou verwachten in longen.
Ze worden cilia genoemd.
Ze werken het slijm uit de longen.
Ja, slijm. Bah.
Maar slijm is erg belangrijk.
Slijm vangt stofjes, virussen,
allergenen,
en deze cilia bewegen
het slijm naar buiten.
Als ze beschadigen, door bijvoorbeeld
rook van sigaretten,
werken ze niet goed en kunnen ze het slijm niet verwijderen.
Dat kan leiden tot ziektes als bronchitis.
Cilia en het verwijderen van slijm
hebben ook te maken met ernstige ziektes als cystische fibrose.
De chips geven ons de kans te zoeken
naar nieuwe behandelmethoden.
We deden meer dan een long op een chip.
We hebben een darm-op-een-chip.
Hier zie je er een.
We hebben ook intestinale cellen
in een darm op een chip gemaakt.
Ze bewegen continu peristaltisch.
Deze beweging door de cellen.
We kunnen veel van deze functies nabootsen
zoals je verwacht te zien
in de menselijke darmen.
We kunnen ondertussen modellen maken van ziektes
zoals prikkelbaredarmsyndroom.
Dat is een aandoening
waar veel mensen aan lijden.
Het is echt slopend.
Er zijn niet veel goede behandelingen voor.
We hebben een hele serie
verschillende orgaanchips
waar we in onze laboratoria aan werken.
De kracht van deze technologie
komt van het feit
dat we ze kunnen koppelen met stromen.
Er stroomt vloeistof door deze cellen,
dus kunnen we ze onderling verbinden.
Meerdere chips aan elkaar,
om er een virtuele mens mee te maken.
Dit wordt pas spannend.
We gaan geen echte mens maken met deze chips,
maar wat we willen,
is zoveel functies toevoegen
dat we daarmee beter kunnen voorspellen
wat er gebeurt in mensen.
We kunnen bijvoorbeeld onderzoeken
wat er gebeurt als we iets met een inhalator geven.
Voor mensen die zoals ik astma hebben en een inhalator gebruiken,
kunnen we onderzoeken hoe het in je longen komt,
je lichaam binnengaat,
hoe het op je hart werkt.
Verandert het je hartslag?
Is het giftig?
Wordt het er door de lever uitgefilterd?
Wordt het omgezet door de lever?
Wordt het door de nieren uitgescheiden?
We kunnen de dynamische reactie
van het lichaam op het middel bestuderen.
Dat kan revolutionair worden
en een aardverschuiving zijn.
Niet alleen voor de geneesmiddelindustrie,
maar voor veel andere industrieën,
inclusief de cosmetische.
We zouden de huid op een chip kunnen maken.
We maken die momenteel in ons lab
om te testen of de ingrediënten in de producten
veilig zijn voor je huid,
zonder eerst dierproeven te doen.
We zouden de veiligheid kunnen testen
van chemische middelen waaraan we dagelijks
worden blootgesteld in onze omgeving.
Zoals in schoonmaakmiddelen.
We kunnen de organen op een chip ook gebruiken
voor toepassing tegen bioterrorisme
of blootstelling aan straling.
We kunnen ze gebruiken om meer te leren
over ziektes als ebola
of ander dodelijke ziektes zoals SARS.
Organen op een chip kunnen ook
de manier veranderen waarop we klinische tests doen.
De gemiddelde deelnemer aan een klinische test
is nu nog gemiddeld:
vaak van middelbare leeftijd en vrouwelijk.
Je zult weinig klinische tests vinden
voor kinderen.
Maar we geven ook kinderen medicatie.
terwijl de gegevens over veiligheid bij dat geneesmiddel
is verkregen van volwassenen.
Kinderen zijn geen volwassenen.
Ze reageren soms anders.
Er zijn nog meer verschillen zoals
tussen bevolkingsgroepen
die risicogroep kunnen worden
omdat ze verschillend reageren op geneesmiddelen.
Stel je voor dat we cellen konden nemen van verschillende bevolkingsgroepen,
ze op een chip konden doen
en dan bevolkingsgroepen konden maken.
Dat zou de manier waarop we klinische tests
doen helemaal veranderen.
Dit is het team met de mensen die dat doen.
Met technici, celbiologen,
klinische artsen, allemaal werken ze samen.
We zien iets heel bijzonders
op het Wyss-instituut.
De disciplines vloeien er samen.
Biologie beïnvloedt het ontwerpen,
de manier van onderzoeken, van bouwen.
Het is heel spannend.
We hebben belangrijke industriële samenwerkingen tot stand gebracht.
Zoals met een bedrijf
dat knowhow heeft van grootschalige digitale techniek.
Ze helpen ons bij het maken
van niet één, maar miljoenen chips,
zodat we ze bij zoveel mogelijk onderzoekers krijgen.
Dat is de sleutel tot de mogelijkheden van deze technologie.
Ik zal je onze instrumenten laten zien.
Dit instrument zijn onze onderzoekers
nu in ons lab aan het uitproberen.
Met dit instrument kunnen we bijvoorbeeld
10 of meer organen koppelen.
Het doet nog iets wat heel interessant is.
Het maakt een heel eenvoudig controlepaneel.
Celbiologen zoals ik kunnen binnenkomen,
een chip pakken, in een houder stoppen,
zoals het prototype hier.
Dan stoppen ze de houder in de machine,
net zoals je met een cd doet,
en daar gaat ie.
Plug en play. Simpel.
Stel je nu even voor
hoe de toekomst eruit kan zien
als je stamcellen kon pakken
en ze op een chip kon plaatsen,
of jouw eigen stamcellen.
Dat zou een persoonlijke chip zijn van jezelf.
Iedereen hier is een individu,
en die individuele verschillen betekenen
dat we verschillend kunnen reageren op geneesmiddelen.
Soms op onvoorspelbare manieren.
Ikzelf had jaren geleden zware hoofdpijn,
die bleef aanhouden en dacht: ik probeer iets anders.
Ik nam Advil. Een kwartier later,
was ik op weg naar de Eerste Hulp
met een complete astma-aanval.
Zoals je ziet was hij niet fataal,
maar helaas kunnen sommige reacties
op geneesmiddelen wel fataal zijn.
Hoe kan je dat voorkomen?
Misschien wel met een
Geraldine op een chip,
een Danielle op een chip,
jij op een chip.
Privégeneesmiddel. Dank je wel.
(Applaus)