Küresel bir sağlık sıkıntısı
yaşadağımız günlerdeyiz.
Yani şu anda, yeni ilaçların
keşfi ve geliştirilmesi
hem çok masraflı, hem çok uzun sürüyor,
çoğunlukla da kazandırdığından çok kaybettiriyor.
Bu yöntem gerçekten, gerçekten işe yaramıyor.
Yani yeni tedavi yöntemlerine muhtaç hastalar,
buna kavuşamıyor,
hastalıklara çare bulunamıyor.
Görünüşe bakılırsa, giderek daha fazla para harcıyoruz.
Ar-Ge çalışmalarına harcadığımız her bir milyar dolarda,
daha az ilaca onay alıp, satışa çıkarabiliyoruz.
Daha fazla masraf, daha az ilaç.
Peki bütün bunların sebebi ne?
Aslında, işin içinde birçok sebep var.
Ama bence başlıca etkenlerden biri,
bir ilacı insan üstünde denemeden önce
ilacın işe yarayıp yaramayacağını,
etkisinin ne kadar olduğunu
veya ne kadar güvenli olduğunu
saptamak için kullandığımız araçların
bizi yarı yolda bırakması.
İlacın insan üzerinde ne etki yapacağını öngöremiyorlar.
Kullanmakta olduğumuz iki temel
aracımız var.
Birisi kaplardaki hücrelerimiz, öteki ise hayvanlar üstünde deneyler.
İlkinden başlayalım, kaplardaki hücrelerimiz.
Şimdi, hücrelerimiz vücudumuzda mutlu mutlu çalışıyorlardı.
Onları aldık,
doğal ortamlarından söktük ve bu kaplara sürdük.
Ve çalışmalarını bekledik.
Tahmin edin ne oldu? Çalışmadılar.
Böyle ortamları sevmiyorlar.
Çünkü oranın insan vücudundaki yerleriyle
uzaktan yakından alakası yok.
Peki ya hayvanlar üstünde yapılan deneyler?
Hayvanlar son derece yararlı
bilgiler sağlayabilir ve sağlıyor da.
Karmaşık bir organizmada
neler olacağını gösteriyorlar.
Biyolojinin kendisini daha iyi anlıyoruz.
Bununla beraber, çoğu kez,
hayvan modeller, belirli bir ilaç tedavisinde
insanlarda oluşacak durumu öngörmede başarısız oluyor.
Yani daha iyi araçlara ihtiyacımız var.
Bize insan hücreleri lazım,
ama onları insan vücudunun dışında mutlu etmenin
bir yolunu bulmalıyız.
Bizim vücutlarımız dinamik ortamlar.
Sürekli hareket halindeyiz.
Hücrelerimiz buna alışıklar.
Vücudumuzdaki dinamik ortamda yaşıyorlar.
Sürekli bir mekanik kuvvet altındalar.
Yani, eğer hücrelerimizi
vücut dışında da mutlu etmek istiyorsak
hücre mimarları olmak zorundayız.
Hücrelerimize evlerini aratmayacak bir ev
tasarlamalı, inşa etmeli ve mühendisliğini yapmalıyız.
Biz Wyss Enstitüsü'nde
tam bunu yaptık.
Bunun adına "çip üstünde organ" diyoruz.
İşte burada bunlardan biri var.
Çok güzel değil mi? Ama oldukça da inanılmaz.
Tam burada, avucumda nefes alan, yaşayan
bir akciğer, çipin üzerinde.
Ve sadece güzel de değil.
Muazzam miktarda iş görebiliyor.
Bu ufacık çipin içinde yaşayan hücreler var,
dinamik bir ortamda bulunan ve
farklı hücre türleri ile etkileşimde olan hücreler.
Daha önce birçok insan,
laboratuvarda hücre yetiştirmeye çalıştı.
Birçok farklı yöntemler denediler.
Laboratuvarda ufak organlar yetiştirmeye bile teşebbüs ettiler.
Biz burada buna uğraşmıyoruz.
Biz sadece burada
bu ufacık çipte
biyokimyayı temsil eden
en küçük işlevsel birimi oluşturmaya çalışıyoruz.
Hücrelerin vücudumuzda maruz kaldığı etkileri ve
mekanik zorlanmayı canlandırmaya çalışıyoruz.
Peki bu nasıl işliyor? Size göstereyim.
Bilgisayar çipi üretim sanayisinde
kullanılan tekniklerle
hem hücrelerin hem de ortamlarının
boyutlarına uygun yapılar yapmaya uğraşıyoruz.
3 tane akışkan sıvı kanalımız var.
Merkezde ise bir porumuz yani esnek bir zarımız var.
Zarın üstüne hücrelerimizi
mesela, akciğer hücreleri diyelim, koyabiliyoruz.
Onların aşağısında da kılcal hücreler var,
kan damarlarımızdaki hücreler.
Daha sonra ise çipe,
zarı esneten ve kasan
mekanik kuvvetleri uygulayabiliyoruz.
Bu sayede hücreler, solunum sırasında oluşan
mekanik kuvvetleri tıpkı vücut üzerindeki gibi yaşıyorlar.
Tepe kanaldan bir hava akışına ve
kan kanalından da besin içerikli
bir sıvı akışına sahipler.
Şimdi, çip gerçekten güzel,
peki bununla neler yapabiliriz?
Bu ufacık çiplerin içinde
inanılmaz bir işlevsellik bulabiliriz.
İzin verin göstereyim.
Mesela, enfeksiyon taklidi yapabiliriz.
Akciğerciğimize bakteri hücreleri koyarız,
daha sonra da akyuvarlarımızı yerleştiririz.
Akyuvarlarımız, vücudumuza bakteri saldırısı durumunda
vücudumuzun savunucularıdır.
Ve eğer enfeksiyona bağlı olarak bir iltihapla karşılaşırlarsa
kandan akciğere geçer
ve bakterileri yutarlar.
Şimdi bunun gerçekleşmesini, canlı olarak,
çip üzerindeki gerçek bir insan akciğerinde göreceksiniz.
İçeride akmaya başlayan akyuvar hücrelerini siz görebilesiniz diye etiketledik.
Akyuvarlar enfeksiyonu farkettiklerinde
kenarlara yapışmaya başlayacaklar.
Yapışacaklar ve akciğere kan kanalının kenarlarından
girmeye çalışacaklar.
İşte burada gördüğünüz gibi, biz tek bir akyuvar hücresini
gerçekten de görüntüleyebiliyoruz.
Yapışıyor ve kıvrıla kıvrıla yolunu buluyor.
Hücre katmanlarından ve porlardan geçerek,
en sonunda zarın öbür tarafından çıkıyor.
Tam da orada bakteriyi, yeşil ile işaretlenmiş olan
bakteriyi yutuyor.
Az önce, şu küçücük çipte,
vücudumuzun enfeksiyona gösterdiği
en temel tepkilerden birine tanık oldunuz.
İşte tepkimiz böyle oluyor -- bir bağışıklık tepkisi.
Epey heyecan verici.
Şimdi, sizinle bir resim paylaşmak istiyorum.
Sadece çok güzel olduğu için değil,
aynı zamanda hücrelerimizin çiplerin içinde nelerle uğraştığı
hakkında muazzam bir bilgi kaynağı olduğu için.
Bu resim, bir akciğerdeki
ufak hava kanallarının içinde
gerçekten de tam beklediğimiz gibi
kıl benzeri yapıların bulunduğunu gösteriyor.
Cilia (tüycükler) adı verilen bu yapılar
aslında mukusu akciğerden dışarıya taşıyor.
Evet. Mukus. Iyy!
Ama aslında mukus epey önemlidir.
Mukus partikülleri, virüsleri,
olası alerjenleri temizler.
Ve bu ufacık cilia hareket ederek
mukusu dışarı taşır.
Ama mesela, zarar gördüklerinde;
diyelim ki sigara dumanından,
doğru düzgün çalışamazlar ve mukusu tamamıyla dışarı atamazlar.
Ve bu da, bronşit gibi hastalıklara sebep olur.
Cilia ve mukusun temizlenememesi
kistik fibrozis (mukus yoğunlaşması) gibi başka berbat hastalıklara da sebep olabilir.
Ama şimdi, bu çiplerden elde ettiğimiz yeni fonksiyonlarla
daha farklı tedavi yöntemlerine de
başvurabiliriz.
Çip üzerine akciğer yerleştirmekle kalmadık,
çipin üzerine bağırsak da yerleştirdik.
Hemen burada bir tane var.
İnsan bağırsak hücrelerini buraya yerleştirdik.
Çip üstündeki bağırsağımızda
sürekli bir peristaltik hareket yani
dalgalanma içerisindeler.
Bu sayede bir insan bağırsağında
gerçekleşmesini bekleyebileceğiniz
bütün işlevleri taklit edebiliyoruz.
Şimdi bazı hastalıkların modelini oluşturabiliriz.
Örneğin, Rahatsız Edici Bağırsak Sendromu.
Çok sayıda insanı etkileyen
bir rahatsızlık bu.
Gerçekten güçten düşürücü bir hastalık
ve gerçekten iyi olan bir tedavisi yok.
Laboratuvarlarımızda, şu anda
birbirlerine bağlı olarak çalışan
değişik organ çiplerine sahibiz.
Aslında bütün bu teknolojinin asıl gücü,
bizim bu çipleri akışkanlar yoluyla
birbirine bağlayabilmemizden geliyor.
Bu hücrelerin içinde akan sıvı sayesinde
artık çok sayıda farklı çipi birbirine bağlayabiliyor
ve böylece, çip üzerinde sanal insan
olarak adlandırdığımız yapıyı oluşturabiliyoruz.
Buradan itibaren iyice heyecanlı oluyor.
Hiç bir zaman bu çiplerin üzerinde tam bir insan oluşturmayacağız,
fakat amacımız şu ki, insanlar üzerinde
ne olacağına dair daha iyi öngörü yapmamızı
sağlamaya yetecek ölçüde işlevselliği
elde edebilmek istiyoruz.
Örnek olarak, artık insan vücuduna
aerosol (gaz) ilaçlar verildiğinde ne olacağını keşfedebiliriz.
Benim gibi astımı olanlar varsa, solunum aleti kullandığınızda
ilacın akciğere nasıl girdiğini,
vücuda girişini ve örneğin kalbi
nasıl etkilediğini görebiliyoruz.
Kalbinizin atışını değiştiriyor mu?
Zehirli etkileri var mı?
Karaciğer bunu temizleyebiliyor mu?
Karaciğerde mi kalıyor?
Böbreklerden mi atılıyor?
Artık vücudun bir ilaca karşı gösterdiği
dinamik tepkiyi araştırabiliyoruz.
Bu gerçekten de hem ilaç endüstrisinde,
hem de kozmetik sektörünün de aralarında olduğu
pek çok farklı endüstride,
devrim yaratabilir ve
kuralları yeniden yazabilir.
Potansiyel olarak, şu anda laboratuvarda
geliştirmekte olduğumuz "çip üstünde cilt"
projemizle, o ürünlerin içindekilerin,
hayvanlar üzerinde test yapmadan, gerçekten de derinize herhangi bir
zararı olup olmadığını ölçebileceğiz.
Günlük hayat düşünüldüğünde,
sürekli olarak maruz kaldığımız kimyasalların,
örneğin temizlik malzemelerindeki kimyasalların
güvenliğini ölçebileceğiz.
Çiplerin üstündeki organları aynı zamanda
biyolojik terör uygulamalarında veya
radyasyona maruz kalındığında kullanabileceğiz.
Bu çipleri, ebola gibi hastalıklar veya
SARS gibi başka ölümcül hastalıklar hakkında
daha çok şey öğrenebilmek için kullanabiliriz.
Gelecekte bu organ çipleri
klinik denemelerin yapılışını da değiştirebilir.
Şu anda klinik denemelerde kullanılan
ortalama birey: ortalama.
Genelde orta yaşlı ve genelde kadın.
Çocukları içeren çok da
fazla klinik denemeyle karşılaşmazsınız.
Ama yine de, her gün çocuklara reçete yazıyoruz.
Elimizdeki tek deneme verisi ise,
yetişkin insanlardan elde ettiğimiz.
Çocuklar yetişkin değillerdir.
Yetişkinlerin verdiği tepkileri vermeyebilirler.
Topluluklar arasındaki genetik farklar gibi
başka faktörler de olabilir.
İlaca ters tepki veren
risk altında topluluklar olabilir.
Şimdi, bütün bu topluluklardan hücre örnekleri aldığımızı ve bunları
çiplere yerleştirdiğimizi hayal edin.
"Çip üstünde toplum" yaptığımızı düşünün.
Bu durum, klinik denemelerimizin yapılma şeklini
gerçekten de değiştirebilir.
İşte bunu gerçekleştiren insanlar, bu takım.
Mühendislerimiz var, hücre biyologlarımız var,
klinik tedavi uzmanlarımız var; hep beraber çalışıyorlar.
Wyss Enstitüsünde gerçekten de
inanılmaz bir şeye tanık oluyoruz.
Bu, bilim dallarının kucaklaşması gibi bir şey.
Biyolojinin tasarımlarımızı, mühendisliğimizi,
inşa edişimizi etkilemesi gibi.
Oldukça heyecan verici.
Önemli sanayi işbirlikleri oluşturuyoruz.
Mesela size geniş çapta dijital üretim
yapmada uzmanlaşmış bir şirketi örnek gösterebilirim.
Bize bu çiplerden,
bu elimde gördüğünüz bir tanesi gibi,
milyonlarca üretilmesini sağlayacaklar ki;
biz bunları ulaştırabileceğimiz en fazla
araştırmacıya ulaştırabilelim.
O teknolojinin potansiyelinin anahtarı işte burada.
Şimdi, izin verin size aletimizi göstereyim.
Bu gördüğünüz alet şu anda laboratuvarımızda
gerçekten de prototipi yapılan bir şey.
Bu aletin bize sağlayacağı şey ise,
10 veya daha fazla çipi bağlamak için
gereken mühendislik kontrollerini yapmak olacak.
Aynı zamanda çok önemli bir iş daha yapıyor.
Kolay bir kullanıcı arayüzü oluşturuyor.
Bu sayede, benim gibi bir hücre biyoloğu gelip,
bir çip alıp, bu gördüğünüz prototip gibi
bir kartuşun içine koyup,
tıpkı bir CD gibi
kartuşu makineye yerleştirebilir.
İşiniz bu kadar.
Tak ve oyna. Basit.
Şimdi, biraz da gelecekte olabilecekleri
hayal edelim.
Eğer sizin kök hücrelerinizi alıp
bir çipin içine yerleştirsem,
veya sizin kök hücrelerinizi bir çipe yerleştirsem.
Tamamen size özel bir çip olurdu.
Şimdi, burada hepimiz farklı birer bireyiz.
Bu bireysel farklılıkların anlamı,
ilaçlara vereceğimiz tepkilerin çok çeşitli,
hatta bazen öngörülemez türde olacağıdır.
Benim bir kaç yıl önce şiddetli baş ağrılarım vardı.
Başımı kaldıramıyordum ve "başka bir şey deneyeceğim" dedim.
Advil aldım. 15 dakika sonra,
bütün gücüyle saldırmış bir astım kriziyle
acile doğru gidiyordum.
Şimdi, gördüğünüz gibi, ölümcül değildi.
Ama maalesef, bazıları için
ters ilaç tepkimeleri ölümcül olabiliyor.
Peki bunları önleyebilmek için neler yapabiliriz?
Mesela, bir gelecek hayal edebiliriz;
Geraldine'in bir çipte olduğu,
Danielle'nin bir çipte olduğu,
sizin çipte olduğunuz bir gelecek.
Kişiselleştirilmiş ilaçlar. Teşekkür ederim.
(Alkışlar)