Organos corporales en un chip

Es relativamente fácil pensar en una nueva medicina, una mejor cura para cierta enfermedad. Lo difícil es probarla, lo que puede retardar nuevos tratamientos prometedores, por años. En esta charla bien explicada, Geraldine Hamilton muestra cómo en su laboratorio ha creado órganos corporales en un chip. Estructuras sencillas con todas las partes esenciales para ensayar nuevos medicamentos; incluso algunos a la medida para alguna persona específica. (Filmado en TEDxBoston)

Tenemos un reto mundial relacionado con la salud

en nuestras manos, hoy.

Se trata de la manera como en la actualidad

se descubren y se desarrollan nuevos medicamentos.

Es demasiado costosa, toma muchísimo tiempo

y lleva al fracaso la mayoría de las veces.

Simplemente no funciona y eso quiere decir

que los pacientes que necesitan con urgencia

nuevos tratamientos, no los reciben.

No se están tratando esas enfermedades.

Parece que se está gastando más y más dinero.

Por los miles de millones de dólares que se
gastan en investigación y desarrollo,

llegan al comercio cada vez menos medicamentos.

Más dinero, menos medicamentos. Hmm.

Entonces ¿qué está sucediendo?

Bueno, hay una gran cantidad de factores en juego,

pero creo que uno de los más importantes

es que los instrumentos que tenemos en la actualidad

para probar si una medicina va a funcionar,

si va a ser eficaz,

o si será bastante segura

antes de llevarla a ensayos clínicos con humanos,

nos están fallando. No predicen

lo que va a suceder con los pacientes.

Tenemos dos instrumentos principales

a nuestra disposición.

Son las células en cajas de Petri y los ensayos con animales.

Hablemos del primero; células en cajas de Petri.

Las células están felices trabajando en el cuerpo.

Las tomamos y las arrancamos

de su ambiente natural.
Las arrojamos en uno de estas cajas

y esperamos que funcionen igual.

Adivinen qué. No funcionan.

No les gusta el nuevo ambiente

porque no es ni parecido

a lo que tenían en el cuerpo.

Y ¿qué pasa con los ensayos con animales?

Bueno, los animales pueden proporcionar

información supremamente útil, y así lo hacen.

Nos enseñan lo que sucede en

organismos complejos.

Aprendemos más de la biología misma.

Sin embargo, muy a menudo

los modelos con animales no llegan a predecir
lo que puede suceder en humanos

al tratarlos con una medicina en particular.

Es decir, necesitamos mejores instrumentos.

Necesitamos células humanas,

pero tenemos que encontrar la
manera de mantenerlas felices

por fuera del cuerpo.

Nuestro cuerpo es un ambiente dinámico.

Estamos en constante movimiento.

Las células lo perciben.

Están en ambientes dinámicos dentro del cuerpo.

Están sometidas a fuerzas
mecánicas permanentemente.

Si las queremos felices

fuera del cuerpo,

tenemos que volvernos arquitectos para células.

Tenemos que diseñar, construir y armar

un hogar fuera de su hogar, para las células.

Eso es lo que hemos hecho

en el instituto ViS.

Lo llamamos, "órgano en un chip".

Aquí mismo tengo uno.

Hermoso, ¿cierto?
Pero es realmente increíble.

Aquí mismo en mi mano está respirando, vivo,

este pulmón humano en un chip.

No es solo hermoso.

Puede hacer muchísimas cosas.

Tenemos células vivas en ese pequeño chip,

en un ambiente dinámico,

interactuando con otros tipos de células.

Mucha gente ha tratado

de cultivar células en el laboratorio.

Han ensayado diferentes maneras.

Incluso han tratado de cultivar
pequeños mini-órganos en el laboratorio.

Nosotros no estamos tratando de hacerlo.

Simplemente tratamos de reproducir,

en este pequeño chip,

la unidad funcional más pequeña

que representa la bioquímica,

la función y las tensiones mecánicas

que las células experimentan en el cuerpo.

¿Cómo funciona esto? Permítanme mostrarles.

Usamos tecnología de la industria

de chips para computadores

para fabricar estas estructuras a escala

que sean relevantes para las células y para el ambiente.

Tenemos tres canales fluidos.

En el centro hay una membrana porosa, flexible,

a la que podemos añadirle células humanas,

por ejemplo, de pulmón,

y luego, por debajo, están las células capilares,

de los vasos sanguíneos.

Entonces podemos aplicar fuerzas mecánicas al chip

para estirar y contraer la membrana,

de tal forma que las células experimenten las mismas fuerzas

que en el pulmón cuando respiramos.

Las perciben igual que en el cuerpo humano.

Fluye aire por el canal superior

y luego hacemos circular un líquido con nutrientes

por el canal sanguíneo.

El chip es verdaderamente hermoso,

pero ¿qué podemos hacer con él?

Se puede tener una funcionalidad increíble

dentro de estos pequeños chips.

Voy a mostrarles.

Por ejemplo, podríamos simular una infección,

añadiendo unas células bacteriales al pulmón

para luego añadirle glóbulos blancos humanos.

Los glóbulos blancos son la defensa corporal

contra las bacterias invasoras.

Cuando sienten la inflamación
producida por la infección,

entran desde la sangre hasta el pulmón

y engullen la bacteria.

Ahora verán cómo sucede esto

en vivo, en un pulmón humano en un chip.

Hemos marcado los glóbulos blancos
para que puedan ver cómo se mueven

y cuando detectan la infección

empiezan a pegarse.

Se aglutinan y tratan de ir al lado del pulmón

desde el canal de la sangre.

Pueden ver aquí realmente

un glóbulo blanco, solo.

Se pega, se mueve para avanzar

entre las capas de células, por uno de los poros,

sale al otro lado de la membrana,

y ahí mismo va a engullirse la bacteria,

marcada en verde.

Ya Uds. han sido testigos, en ese diminuto chip

de una de las respuestas fundamentales

que el cuerpo tiene ante una infección.

Esta es la manera como reaccionamos...
la respuesta inmunológica.

Es bien emocionante.

Ahora compartiré esta foto con Uds.,

no solo porque es hermosa,

sino porque nos da una gran
cantidad de información

sobre lo que las células
hacen dentro de los chips.

Nos están diciendo que

en los pequeños conductos de los pulmones,

están estas estructuras como pelitos,

como pueden verse en el pulmón.

Esas estructuras se llaman "cilios"

y se encargan de retirar el moco del pulmón.

Sí, moco. Ugh.

Pero el moco es en realidad bien importante,

porque atrapa partículas, virus,

alergenos potenciales.

Estos pequeños cilios se mueven

y extraen el moco.

Cuando se deterioran, por ejemplo,

por el humo del cigarrillo,

no funcionan bien y no logran eliminar el moco.

Esto puede conducir a enfermedades como bronquitis.

Los cilios y la extracción del moco

tienen que ver con otras terribles
enfermedades como la fibrosis quística.

Pero ahora, con lo que hemos
logrado con estos chips,

podemos comenzar a buscar

nuevos posibles tratamientos.

No hemos parado ahí, con el pulmón en el chip.

Tenemos un intestino en un chip.

Aquí pueden verlo.

Hemos colocado células de intestino humano

en este chip.

Están bajo constante movimiento peristáltico,

con este flujo por goteo.

Podemos simular muchas de las funciones

que pueden verse

en el intestino humano.

Ahora podemos comenzar a crear modelos de enfermedades

como el síndrome de colon irritable.

Esta es una enfermedad que afecta

a muchas personas.

Es debilitante

y en verdad no hay buenos tratamientos.

Ahora tenemos toda una gran fuente

de diversos chips de órganos

actualmente funcionando en el laboratorio.

La verdadera fuerza de esta tecnología, sin embargo,

realmente viene de la posibilidad

de acoplarlos de manera fluida.

Hay un líquido que circula por estas células

por lo que podemos comenzar a interconectar

muchos chips diferentes para conformar

lo que llamamos un "humano virtual en un chip".

Esto nos emociona.

Jamás vamos a recrear todo un
cuerpo humano en estos chips,

pero nuestro propósito es poder llegar a una

suficiente funcionalidad

como para hacer mejores predicciones

de lo que puede suceder en humanos de verdad.

Por ejemplo, podemos comenzar a explorar

lo que pasa cuando ponemos
una medicina en aerosol.

Algunos de Uds. que tienen asma como yo,
tienen que usar inhaladores.

Se puede ahora examinar cómo opera
ese medicamento en los pulmones,

cómo entra al cuerpo

y cómo puede afectar el corazón, por ejemplo.

¿Podrá cambiar el ritmo del corazón?

¿Será tóxico?

¿Sera filtrado por el hígado?

¿Se metabolizará en el hígado?

¿Se eliminará en los riñones?

Podremos comenzar a estudiar la respuesta

dinámica del cuerpo ante cierta medicina.

Esto podrá causar una revolución

y cambiar las reglas del juego,

no solo en la industria farmacéutica,

sino en una cantidad de otras industrias,

incluida la de los cosméticos.

Es posible que podamos usar piel en un chip

que estamos desarrollando
en el laboratorio, ahora,

para probar si los ingredientes de los productos

que están en uso en la actualidad,
son suficientemente seguros para la piel

sin necesidad de hacer ensayos en animales.

Podemos investigar la seguridad

de los productos químicos
a los que nos exponemos

diariamente en el ambiente,

tales como los que están en
detergentes comunes para el hogar.

Podremos usar esos órganos en chips

para aplicaciones en bioterrorismo

o exposición a la radiación.

Podemos usarlos para conocer más de

enfermedades como el ébola

o algunas otras mortales como el
SARS (síndrome respiratorio agudo severo),

Los órganos en chips pueden cambiar

la manera de hacer ensayos clínicos en el futuro.

En la actualidad, el participante promedio

en un ensayo clínico es eso mismo; promedio.

La tendencia es que tenga edad media, que sea mujer.

No se encuentran muchos estudios clínicos

en los que se incluyan niños,

y sin embargo les damos medicinas
a los niños todo el tiempo,

solo con información de seguridad sobre sus efectos

en adultos.

Los niños no son adultos.

Pueden no responder de la misma manera que los adultos.

Hay otros aspectos, como las diferencias genéticas

en poblaciones,

que pueden llevar a situaciones de riesgo

en ciertos grupos o que podrían
llevar a reacciones adversas.

Pueden imaginarse que tomamos células de
esos diferentes grupos poblacionales,

las ponemos en chips,

y obtenemos poblaciones en chips.

Esto puede verdaderamente cambiar la manera

de hacer pruebas clínicas.

Este es el grupo de personas
que están haciendo todo esto.

Tenemos ingenieros, biólogos celulares,

médicos clínicos, todos trabajando en equipo.

Estamos presenciando algo realmente increíble

en el Instituto ViS.

Es una verdadera convergencia de disciplinas,

en la que la biología está influenciando
nuestra manera de diseñar,

de planificar, de construir.

Es bien emocionante.

Estamos estableciendo importantes
colaboraciones con industrias,

tales como la que tenemos con una compañía

experta en fabricación digital a gran escala.

Nos van a ayudar a hacer,

no uno de estos, sino

millones de estos chips,

para ponerlos en manos de

tantos investigadores como sea posible.

Esta es la clave del potencial de esta tecnología.

Permítanme que les muestre nuestro instrumento.

Este es el instrumento que nuestros ingenieros

van a producir en forma de prototipo en el laboratorio,

que nos va a proporcionar

los controles técnicos necesarios

para interconectar 10 o más órganos en chips.

También puede hacer algo más, muy importante.

Creará una interfaz de fácil uso para el usuario.

De modo que un biólogo celular como yo, puede entrar,

tomar un chip, ponerlo en un cartucho,

como el prototipo que aquí vemos,

poner el cartucho en la máquina,

como si fuera un disco CD,

y ¡listo!

Plug and play. Así no más,

Ahora imaginemos brevemente

lo que se verá en el futuro

si se logra tomar células madre

y se colocan en un chip,

tus células madre en un chip.

Sería un chip personalizado solo tuyo.

Todos nosotros, aquí, somos individuos,

con diferencias importantes que implican

que podemos reaccionar de distintas maneras

y algunas veces de forma impredecible,
ante ciertas medicinas.

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

que no podía quitármelo. Pensé,
"Bien, probaré algo diferente".

Tomé Advil y quince minutos después,

iba en camino a la sala de emergencias

con un tremendo ataque de asma.

Bueno, obviamente no fue fatal.

Pero desafortunadamente, algunos casos de

reacciones negativas a los
medicamentos, pueden ser fatales.

¿Cómo los podemos prevenir?

Bueno, podemos pensar en que algún día

tengamos a Geraldine en un chip,

a Danielle en un chip,

a Ud. en un chip.

Medicina personalizada. Gracias.

(Aplausos)