Tu cuerpo en un microchip: Geraldine Hamilton en TEDxBoston

El desarrollo de nuevas medicinas es problemático, porque los laboratorios no pueden reproducir el ambiente del cuerpo humano, lo que dificulta determinar cómo responderán los pacientes. En TEDxBoston, Geraldine Hamilton demuestra cómo los científicos pueden implantar células humanas vivas en microchips que imitan las condiciones del cuerpo. Estos "órganos-en-un-chip" se pueden usar para estudiar la toxicidad de fármacos, identificar nuevas terapias potenciales y llevar a cabo ensayos clínicos más seguras.

Tenemos un reto de salud global
en nuestras manos hoy,

la forma en la que actualmente
se descubren y desarrollan

nuevos fármacos es
demasiado costosa,

toma demasiado tiempo

y las más de
las veces falla.

El sistema no funciona,

eso significa que pacientes que
necesitan con urgencia nuevas terapias

no las están obteniendo y
las enfermedades no son tratadas.

Gastamos cada vez
más dinero:

por cada mil millones de
dólares que gastamos en I&D,

obtenemos menos fármacos
aprobados en el mercado.

Más dinero y menos fármacos,
¿qué está pasando aquí?

Hay una multitud
de factores en juego,

pero creo que uno de
los factores clave

es que las herramientas
actualmente disponibles

para probar si
un fármaco funciona,

si es eficaz,
o seguro de usar

antes de pasar a ensayos clínicos
con humanos, están fallando.

No predicen lo que va
a pasar en humanos

las dos herramientas principales
a nuestra disposición son:

células en placas y
pruebas en animales.

Veamos la primera:
células en placas.

Las células funcionan
felizmente en nuestros cuerpos,

las tomamos y sacamos
de su ambiente original,

las arrojamos en una de estas placas
y esperamos que funcionen.

¿Saben qué pasa?
Que no lo hacen.

No les gusta ese medio,

porque no se parece en nada
al que tienen en el cuerpo.

¿Qué pasa con las
pruebas en animales?

Los animales han dado
información muy útil.

Nos enseñan lo que ocurre
en un organismo complejo,

aprendemos más de
la biología misma.

Sin embargo, muy a menudo

los modelos animales no predicen
lo que ocurrirá en humanos

cuando se tratan con
un fármaco en particular.

Necesitamos herramientas mejores.

Necesitamos células humanas,
y además, un modo

de mantenerlas contentas
fuera del cuerpo.

Antes de decirles
cómo hacemos eso,

hagamos un breve
ejercicio juntos.

Bien. Cierren los ojos,

vamos, los de atrás,
puedo verlos, cierren los ojos,

yo lo haré con ustedes.

Ahora inspiren profundamente,
espiren profundamente...

... otra vez, inspiren, espiren.

Sientan latir su corazón,

sientan el bombeo de
la sangre por todo su cuerpo.

Y ahora, muévanse
un poco en sus asientos

vamos, muévanse, vamos,
llevan mucho tiempo sentados.

Bien, abran los ojos.

Además de ser un ejercicio divertido,
es bueno para relajarse,

ayuda a ilustrar que todos los
cuerpos son ambientes dinámicos.

Que están en constante movimiento
y nuestras células lo notan.

Están en ambientes dinámicos
en nuestro cuerpo.

Bajo constantes
fuerzas mecánicas.

Así, si queremos tener células felices
fuera de nuestros cuerpos,

debemos convertirnos
en arquitectos celulares.

Necesitamos diseñar,
construir y mantener

un hogar lejos del
propio de las células.

En el Instituto Wyss
hacemos precisamente eso.

Le llamamos un "órgano en un chip",
y tengo uno justo aquí.

Es hermoso, ¿no?

Es en verdad increíble,
que justo aquí en mi mano

tenga un pulmón humano en
un chip, vivo y respirando.

Y no sólo es hermoso:

puede hacer un
montón de cosas.

Tenemos células vivas
en este pequeño chip,

células en ambientes dinámicos,

interactuando con células
de tipos diferentes.

Mucha gente ha intentado
cultivar células en laboratorio,

han intentado muchos
enfoques diferentes.

Incluso han intentado cultivar
órganos en miniatura en el laboratorio.

Nosotros no estamos
intentando hacer eso.

simplemente intentamos
recrear en este chip

la unidad funcional más pequeña
que represente la bioquímica,

la función y la tensión mecánica

que las células experimentan
en nuestros cuerpos.

¿Cómo funciona?

Permítanme enseñárselo.

Usamos técnicas de la industria de
la manufactura de chips de computadora

para hacer estas
estructuras a una escala

relevante tanto para las células
como para su ambiente.

Existen tres canales de fluido.

En el centro, tenemos una
membrana porosa flexible,

donde podemos añadir células humanas
de, por ejemplo, nuestros pulmones,

y por debajo,
tenemos células capilares,

las células en nuestros
conductos sanguíneos.

Luego podemos aplicar
fuerzas mecánicas al chip

que estiran y contraen la membrana,

para que las células experimenten
las mismas fuerzas mecánicas

que cuando estamos respirando

y de modo que las experimenten
como lo hacen en el cuerpo.

Hay aire que fluye a
través del canal superior,

luego inyectamos un líquido
que contiene nutrientes,

a través del conducto sanguíneo.

Sin duda, el chip es hermoso.

Pero, ¿qué podemos
hacer con esto?

Cuando hago esta pregunta,
a menudo surgen muchas ideas.

Algunos de mis compañeros
ponentes de TEDx han sugerido

que hagamos joyería con ellos.

(Risas)

Bueno, creo que un collar de un
"pulmón-en-un-chip" sería lindo.

Sin embargo,
hace más que eso.

Podemos conseguir una funcionalidad
increíble dentro de estos chips.

Les mostraré, por ejemplo,
que podemos

provocar una infección, añadiendo
células bacterianas a las del pulmón,

luego podemos agregar células
de glóbulos blancos humanos.

Las células de glóbulos blancos son
la defensa del cuerpo contra las bacterias

y cuando perciben la inflamación
a causa de la infección,

a través de la sangre
entran al pulmón

y envuelven a la bacteria.

Bueno, ahora lo
verán suceder en vivo

en un chip-de-pulmón-humano real.

Etiquetamos a las células de los glóbulos
blancos para que puedan verlos fluir

y cuando detectan esa infección,
se empiezan a aglutinarse.

Se aglutinan y luego intentan

entrar al pulmón por
el canal sanguíneo.

Pueden ver aquí, en
efecto podemos visualizar

a una sola célula
de glóbulo blanco.

Se aglutinan, se hacen camino
entre las capas celulares

a través del poro, salen por
el otro lado de la membrana.

y justo ahí se tragan a la
bacteria marcada en verde.

En este diminuto chip,
acabamos de ser testigos de

una de las respuestas más fundamentales
de nuestro cuerpo hacia una infección.

De esta forma respondemos,
una respuesta inmune.

Es muy emocionante.

Ahora quiero compartir
esta foto con Uds.

Quiero compartirla porque
es una foto hermosa.

Es casi arte.

Como bióloga celular, podría mirar
fotos como éstas todo el día.

Pero quiero compartir ésta,

no sólo porque
es muy hermosa,

sino porque nos da una gran
cantidad de información

acerca de lo que las células
hacen en los chips.

Nos dice que las células de
nuestras pequeñas vías respiratorias

tienen estructuras
parecidas a cabellos

que esperarían
ver en un pulmón.

Estas estructuras se llaman
cilios y sacan

el moco fuera de los pulmones,
¡Sí, moco, puaj!

Pero el moco en realidad
es muy importante.

El moco atrapa partículas,
virus, alérgenos potenciales

y estos diminutos cilios
mueven y sacan el moco.

Cuando se dañan, digamos con
humo de cigarrillo, por ejemplo,

no funcionan bien y no
pueden sacar el moco

lo que conduce a enfermedades
como la bronquitis.

Los cilios y la limpieza del moco también
están involucrados en males terribles

como la fibrosis cística.

Pero ahora, con esta funcionalidad,
que obtenemos en estos chips,

podemos empezar a buscar
nuevos tratamientos potenciales.

No nos detuvimos en
un pulmón-en-un-chip

también tenemos
un estómago-en-un-chip

pueden verlo justo aquí.

Hemos puesto células de intestino humano
en nuestro estómago-en-un-chip

y están en constante
movimiento peristáltico

con flujo por goteo
a través de las células

y podemos imitar muchas funciones

que de hecho uno esperaría
ver en el intestino humano.

Ahora podemos empezar a
crear modelos de enfermedades

como el síndrome
de intestino irritable.

Es un mal que afecta a
gran número de personas,

es muy debililtante.

y no tiene buen tratamiento.

Ahora tenemos toda una serie
diferente de órganos-en-chips

funcionando en
nuestros laboratorios.

Sin embargo, el verdadero
poder de esta tecnología

surge del hecho de que
podemos ligarlos fluidamente.

Hay fluido corriendo a
lo largo de estas células,

así que podemos empezar a
interconectar diferentes chips

para formar lo que llamamos
un "humano-virtual-en-un-chip".

Estamos muy emocionados.

No vamos a recrear un ser
humano entero en estos chips,

nuestra meta es poder recrear
una funcionalidad suficiente

tal que podamos hacer
mejores predicciones

de lo que ocurrirá
en los humanos.

Por ejemplo, ahora podemos
empezar a explorar qué pasará

cuando ponemos un fármaco
en forma de aerosol.

Aquellos de Uds. que tienen asma,
cuando usan el inhalador,

podemos explorar cómo llega
el fármaco a sus pulmones,

cómo entra en su cuerpo,
cómo podría afectar su corazón,

o si cambia el latir
de su corazón.

¿Tiene toxicidad?

¿Es eliminado por el hígado?

¿Se metaboliza en el hígado?

¿Es excretado
por los riñones?

Podemos empezar a estudiar
la respuesta dinámica

del cuerpo al fármaco.

Esto podría ser crucial
y revolucionar

no sólo a la industria
farmacéutica,

sino a toda una serie de
diferentes industrias,

incluyendo la industria cosmética.

¿Cuántos de Uds.
usan lápiz labial?

¿O usaron jabón en
la ducha esta mañana?

Podemos usar
la piel-en-un-chip

que estamos desarrollando
en el laboratorio

para probar si los ingredientes
de estos productos que usan

son seguros para su piel,

sin necesidad de
pruebas en animales.

Podemos probar la seguridad de
sustancias a las que nos exponemos

a diario en nuestro
medio ambiente,

como las sustancias en líquidos
comunes de limpieza doméstica.

Podríamos usar
los órganos-en-chips

para aplicaciones en bioterrorismo
o exposición a radiación.

Podríamos usarlos para aprender
más de estas enfermedades

como el ébola u otros males
fatales, como el SARS.

¿Por qué esto es útil?

Porque no podemos pedirle a
un voluntario en una prueba clínica,

"Permita que lo trate con
un montón de radiación,

para ver si mi nuevo fármaco
puede reparar el daño".

Eso no va a pasar.

Pero nuestros órganos-en-chips
ofrecen una nueva posibilidad.

¿Qué hay de los ensayos clínicos?

Los órganos-en-chips podrían
también cambiar la forma

en que haremos ensayos
clínicos en el futuro.

Hoy, el participante promedio en
una prueba clínica es el siguiente:

de promedio, tiende a ser de
mediana edad, y mujer.

No encontrarán muchos ensayos
clínicas donde participen niños.

Y sin embargo a diario damos
medicamentos a los niños

cuyos únicos
datos de seguridad

proceden de los
obtenidos de adultos.

Los niños no son adultos,

su respuesta puede no ser
la misma que la de los adultos.

Existen otras cosas, como
las diferencias genéticas en poblaciones

que quizá conduzcan a
poblaciones en riesgo

de generar una respuesta
adversa al fármaco.

Ahora imaginen si pudiéramos tomar
células de todas esas poblaciones diferentes

ponerlas en chips y crear
poblaciones-en-chips.

Esto podría cambiar la forma
de hacer ensayos clínicos.

Les he contado sobre

algunos trabajos y
tecnologías asombrosos.

Este es el equipo,
la gente que hace esto.

Tenemos ingenieros,
biólogos celulares, clínicos,

todos trabajando juntos.

Estamos viendo algo bastante
increíble en el Instituto Wyss.

una verdadera convergencia
de disciplinas,

en la que la biología y
la ingeniería trabajan juntas.

Donde la biología está influyendo
la forma que diseñamos,

la forma que ingeniamos,
la forma que construímos.

Es muy emocionante y está
pasando justo aquí, en Boston

Y eso es genial porque en Boston
podemos colaborar fácilmente

con muchas instituciones académicas,
hospitales y empresas.

Y lo estamos haciendo.

Estamos estableciendo
colaboraciones empresariales importantes,

como la que tenemos
con una compañía

experta en manufactura
digital a gran escala.

Nos ayudarán a hacer,
en lugar de uno,

millones de estos chips,

para que podamos ponerlos en tantas
manos de científicos como sea posible.

Eso es crucial para el
potencial de esta tecnología.

Ahora permitan que les
muestre nuestros instrumentos.

Este es un instrumento
cuyo prototipo lo están

haciendo nuestros ingenieros
ahora mismo en el laboratorio,

esto nos dará
los controles de ingeniería

necesarios para
poder conectar

diez o más de estos
chips orgánicos juntos.

Pero hace algo más
que es muy importante:

crea una interfaz de uso fácil para
que una bióloga celular como yo pueda

tomar un chip, ponerlo en el cartucho
como el prototipo que ven ahí,

ponen el cartucho en la máquina
como si fuera un CD y ya está.

Conectar y jugar, simple.

Ahora imaginemos
cómo se vería el futuro

si pudiéramos tomar células
troncales y ponerlas en un chip

o sus células madre y
ponerlas en un chip.

Sería un chip personalizado
solo para ustedes.

Todos nosotros
somos individuos.

Y esas diferencias individuales

significan que podemos reaccionar
de forma muy diferente

y a veces de forma
impredecible a los fármacos.

Yo misma, hace un par de años,
tuve un fuerte dolor de cabeza.

No se me quitaba,

pensé, "Voy a probar algo diferente".
Me tomé un Advil.

15 minutos después, estaba
de camino a Urgencias

con un ataque
crónico de asma.

Obviamente no fue fatal,
pero desgraciadamente

algunas reacciones adversas
pueden ser fatales.

¿Entonces cómo prevenirlas?

Bueno, imaginemos que algún día
tendremos a Geraldine-en-un-chip,

Danielle-en-un-chip,
ustedes-en-un-chip.

Medicina personalizada.

Gracias.

(Aplausos)