اندام بدن بر روی یک تراشه

نسبتا کار ساده ای است که داروهای جدید و راه های بهتری برای بیماری ها تصور کنیم. هرچند قسمت سخت قضیه آزمایش کردن آنهاست و همین است که می تواند امیدواری به درمان بیماری ها را برای سالها بتعویق بیاندازد. در این بحث جرالدین همیلتن بوضوح نشان می دهد که چگونه آزمایشگاه وی اندام و ارگانهای بدن را بر روی یک تراشه می سازند سازه های ساده ای بهمراه تمام قطعات لازم برای تست داروهای جدید- حتی درمانهای سفارشی برای یک فرد خاص.

ما چالش های جهانی در حوزه سلامت داریم

که هم اکنون پیش روی ما هستند،

به همین خاطر است که ما در حال حاضر

داروهای جدیدی کشف میکنیم و توسعه می دهیم

که این فرآیندها بسیار هزینه بر و طولانی هستند،

و اغلب با شکست مواجه می شوند تا موفقیت.

واقعا این راهش نیست و این به این معنی است که

بیمارانی که بشدت محتاج درمانهای جدیدی هستند

به آنها نمی رسند،

و بیماری ها بدون درمان می مانند

بنظر میرسد که ما پول بیشتر و بیشتری صرف این مسئله می کنیم.

بنابراین بابت هر یک میلیارد دلاری که در تحقیق و توسعه هزینه می کنیم،

ما به داروهای تایید شده کمتری برای معرفی به بازار میرسیم.

صرف پول بیشتر، داروهای کمتر. اوممم

خب اینجا چه خبره؟

خب، عوامل بسیار زیادی در این میان نقش دارند

اما من فکر می کنم یکی از مهترین عوامل که نقش کلیدی را بازی می کند،

این است که ابزاری که ما در حال حاضر برای تست دراختیار داریم

چه یک دارو به نتیجه دلخواه برسد،

چه تاثیر داشته باشد

یا اینقدر بی ضرر باشد

قبل از اینکه به مرحله تست بالینی انسانی برسیم،

ما را با شکست مواجه می کنند. آنها پیش بینی نمی کنند که

چه اتفاقی قراره برروی انسان ها بگذارند.

و ما دو ابزار اصلی در اختیار داریم.

و ما دو ابزار اصلی در اختیار داریم.

یکی سلولهای درون ظرف و دیگری ازمایش برروی حیوانات است.

اجازه بدهید در مورد اول صحبت کنیم، سلولهای داخل ظروف.

خب سلولها شاد و سرزنده در بدن ما زندگی می کنند.

ما آنها را می گیریم و

از محیط اصلی خودشان دور می کنیم، و به درون یکی از اون ظرف ها می اندازیم

و انتظار داریم که به کارشان ادامه دهند.

چه حدسی می زنید. آنها موفق نمی شوند.

این ظروف شبیه محیط اصلی شان نیستند

به خاطر اینکه هیچ شرایطی نمی تواند شبیه

آن محیطی باشد که آنها در بدن ما داشته اند.

در مورد آزمایش های حیوانی چطور؟

خب، حیوانات می توانند

اطلاعات بسیار مفیدی در اختیار ما قرار دهند.

آنها به ما یاد می دهند که چه اتفاقی

در ارگانیزم های پیچیده می افتد.

ما بیشتر در مورد خود زیست شناسی می آموزیم.

هرچند که در بیشتر مواقع،

مدلهای حیوانی برای پیش بینی آنچه که قرار است در بدن انسانها رخ دهد با شکست مواجه می شوند

وقتی که آنها با داروی خاصی تحت مداوا قرار می گیرند.

بنابراین ما به ابزارهای بهتری نیاز داریم.

ما به سلولهای انسانی نیاز داریم

ولی از طرفی نیاز داریم تا راهی پیدا کنیم که این سلولهای انسانی خارج از بدن انسانها

خوشحال باشند

بدنهای ما محیط پویایی هستند

ما همیشه در حرکت هستیم

و سلولها این را تجربه می کنند

سلولها در محیط پویایی در بدن ما هستند

آنها همواره تحت فشارهای مکانیکی قرار دارند

بنابراین اگر که ما قصد داریم تا آنها را خوشحال نگه داریم

خارج از بدن مان

لازم است که معمار سلول بشویم.

ما باید طراحی کنیم بسازیم و مهندسی کنیم

خانه ای دور از خانه اصلی برای سلولها.

و در موسسه ویس،

این مهم را انجام داده ایم.

ما آن را "ارگانی بر روی یک تراشه" نام گذاری کرده ایم.

و من یکی از انها را اینجا دارم.

خیلی زیباست، اینطور نیست؟ ولی خیلی باور نکردنی است.

یک نمونه شُش انسانی اینجا در دست من است که تنفس می کند و زندگی می کند

بر روی یک تراشه.

و مسئله دیگه تنها زیبایی نیست.

این می تواند حاوی انبوهی از اتفاقات باشد.

ما سلولهای زنده ای در داخل این تراشه داریم،

سلولهایی که در داخل یک محیط پویا قرار دارند

با انواع دیگر سلولها در تعامل هستند.

افراد زیادی بوده اند

که سعی می کنند سلولها را در داخل لابراتوآر کشت دهند.

و راههای بسیار زیادی را امتحان کرده اند.

حتی سعی کرده اند تا اندام هابی کوچک را در داخل لابراتوار رشد و نمو دهند.

ما همچین قصدی اینجا نداریم.

ما به سادگی تلاش می کنیم تا

در این تراشه های بسیار کوچک

کوجکترین واحد عملکردی را

که نماینده بیوشیمی، کارکرد و

فشار مکانیکی هستند را از نو خلق کنیم

همان حالاتی را که سلولها در بدن ما تجربه کرده اند.

خب چگونه این اتفاق می افتد؟ اجازه بدهید من به شما نشان بدهم.

ما ازتکنیک های ساخت تراشه های کامپیوتری

که در صنعت ساخت آنها استفاده می شود بهره می بریم

تا این ساختارها را در مقیاس های

مرتبط با سلولها و محیطشان بسازیم.

ما سه کانال سیال داریم.

در مرکز، ما یک غشاء انعطاف پذیر متخلخل داریم

که بوسیله آن می توانیم سلولهای انسانی را اضافه بکنیم

سلولهای ریه های انسانی

که زیر آنها سلولهای مویرگی وجودداشت،

سلولهایی داخل رگهای خونی ما

و ما حالا می توانیم فشار مکانیکی را به تراشه وارد کنیم

که باعث کشش و انقباض غشاء می شوند،

بنابراین سلولها دقیقا همان فشارهای مکانیکی را تجربه می کنند

که در زمان تنفس ما تجربه کرده اند.

و سلولها فشارهایی را که در داخل بدن ما داشته اند تجربه می کنند.

از کانال بالایی جریان هوایی وجود دارد،

و سپس ما مایعی حاوی مواد غذایی را

از کانال خون جاری می کنیم.

حالا این تراشه بسیار زیباست،

اما ما با این چه کارهایی می توانیم انجام بدهیم؟

ما می توانیم به قابلیت های باورنکردنی

در داخل این تراشه کوچک برسیم.

اجازه بدهید نشانتان بدهم.

برای مثال در حوزه مشابه سازی عفونی

جایی که سلولهای باکتری را داخل ریه قرار می دهیم

سپس می توانیم گلبولهای سفید انسانی را وارد کنیم.

گلبولهای سفید درواقع سیستم دفاعی ما هستند

در مقابل باکتری های مهاجم،

و زمانی که سلولها این التهاب ناشی از عفونت را حس می کنند،

از خون وارد ریه ها می شوند

و باکتری ها را غرق می کنند.

و حالا شما قراره این واقعه را بطورزنده مشاهده نمایید

در ون یک ریه واقعی انسان بر روی یک تراشه.

ما گلبولهای سفید خون را نشانه گذاری کرده ایم تا شما بتوانید گذر جریان آنها را مشاهده نمایید

و زمانی که آنها یک عفونت را ردیابی می کنند،

شروع به چسبیدن می کنند.

آنها می چسبند و سپس سعی می کنند واردریه ها بشوند

از طریق کانال خونی.

و حالا شما می توانید اینجا مشاهده نمایید، ما می توانیم

یک گلبول سفید تنها را تجسم کنیم.

می چسبند، و با لغزیدن و تکان تکان خوردن راهشان را از میان

لایه های سلولی باز می کنه، از میان منافذ،

از طرف دیگه غشاء بیرون می آیند،

و دقیقا اینجا باکتری ها را از بین می برند

که بصورت سبز نمایش داده شده اند.

در این تراشه های کوچک شما تنها شاهد

یکی از اساسی ترین پاسخ های

بدن ما در مقابل عفونت ها هستید.

از این طریق است که ما عکس العمل نشان می دهیم به- یک پاسخ مصونیت ساز.

خیلی هیجان انگیز هستند.

حالا می خواهم این عکس را با شما سهیم بشوم،

نه فقط به خاطر اینکه عکس زیباییست،

بلکه بخاطر اینکه حاوی انبوهی از اطلاعات است برای ما

در مورد اینکه سلولها درداخل تراشه ها چه کاری انجام می دهند

به ما می گوید که این سلولها

از کوچکترین مسیرهای انتقال هوا در ریه های ما،

در واقع سازه هایی مانند مو دارند

که شما انتظار دارید در ریه ها ببینید.

این سازه ها مژه نامیده می شوند،

که وظیفه ی اصلیشون این است که مخاط را به خارج از شش ها منتقل کنند.

بله. مخاط را . اوه

اما مخاط ها بسیار مهم هستند.

این مخاط ها ذرات، ویروسها،

الرژن های بالقوه را به دام می اندازند،

ووتحرک این مژه های بسیار کوچک

مخاط ها را تمیز می کند.

وقتی هم که این مژه ها آسیب می بینند، باید بگم

برای مثال توسط دود سیگار

به درستی وظیفه شان را انجام نمی دهند و نمی توانند مخاط را تمیز کنند.

که این امر می تواند منجر به بیماری هایی همانند برونشیت شود.

مژه ها و تمیزی مخاط ها

در بیماریهای مهلکی همانند فیبروسیس سیستیک نیز نقش بازی می کنند.

اما حالا، با قابلیتی که ما در این تراشه ها قرار داده ایم،

می توانیم شروع به جستجو برای

درمانهای جدید بالقوه ای بکنیم.

ماتحقیقاتمان را برروی ریه برروی تراشه را متوقف نکردیم.

ما احشاء دیگر را نیز بر تراشه قرار داده ایم.

می توانید اینجا ببینید.

ما سلولهای روده انسان را نیز

در این تراشه ها قرار داده ایم

که تحت حرکات دودی ثابتی هستند،

این نفود جریان از طریق سلولها انجام می شود،

و ما می توانیم بسیاری از علمکرهای سلولها را مدل سازی کنیم

که شما می توانید آنها را اینجا مشاهده نمایید

در روده انسانی.

حالا ما شروع می کنیم به ساختن مدل بیماری ها

مثل سندرم روده تحریک پذیر.

نوعی بیماری است که

بسیاری از فراد را درگیر کرده است.

واقعا یک عامل ناتوان کننده ای است،

و هنوز درمانهای موثری برای این بیماری وجود ندارد.

حالا ما تمام لوله های

تراشه های ارگانهای مختلف را در اختیار داریم

که در حال حاضر در لابراتوآرهای خودمان بر روی آنها کار می کنیم.

حالا، قدرت واقعی این تکنولوژی،

واقعا از این حقیقت نشات می گیرد که

ما می توانیم سیال وار اینها را به هم متصل نماییم.

جریان سیالی در بین سلولها وجود دارد،

بنابراین ما میتوانیم کار اتصال

چندین تراشه را بهم شروع کنیم

برای شکل دادن چیزی که ما آنها را "انسان مجازی بر روی تراشه ها" می نامیم.

در اینجاست که ما هیجان زده می شویم.

ما هیچوقت قصدا نداریم تا همه ی یک انسان را بر روی این تراشه ها دوباره خلق کنیم

هدف ما این است تا بتوانیم میزان

کافی از عملکردها را از نو خلق کنیم

تا بتوانیم پیش بینی های بهتری داشته باشیم

از آنچه درانسان رخ می دهد

برای مثال، حالا می توانیم شروع به کشف هایی بکنیم

که چه اتفاقی می افتد وقتی که ما دارو های اسپری مانندی استفاده می کنیم.

در میان شما آنهایی که شبیه من به آسم مبتلا هستند زمانی که از اسپری خودتان استفاده میکنید،

می توانیم کشف کنیم که چگونه این دارو وارد شش های شما می شوند،

چطور وارد بدن می شود،

به چه صورتی تاثیر خود را برای مثل بر قلب شما می گذارد.

آیا این دارو بر روی ضربان قلب شما هم اثر می گذارد؟

آیا سمیست؟

آیا توسط کبد تصفیه می شود؟

یا در داخل کبد دگرگون می شود؟

یا توسط کلیه ها دفع می گردند؟

ما می توانیم مطالعاتمان را در خصوص

واکنشهای پویای بدن به دارو ها شروع کنیم

و این واقعا انقلابی به پا می کند

که می تواند شرایط بازی را تغییر دهد

نه تنها برای صنایع دارو سازی،

بلکه برای تمام میزبانان صنایع مختلف،

از جمله صنایع آرایشی

بصورت بلقوه می توانیم پوست را در داخل این تراشه ها قرار بدهیم

که درحال حاضر درداخل لابراتوآرهای خود در حال گسترش آن هستیم

که تست کنیم که مواد تشکیل دهند این محصولات

که شما استفاده می کنید واقعا ایمن هستند که بر روی پوست خود می مالید

بدون اینکه نیازی به تست های حیوانی وجود داشته باشد.

ما می توانیم سلامتی

این مواد شیمیایی را که در معرض شان هستیم آزمایش کنیم

بصورت روزانه در محیط های خودمان،

مثل مواد شیمیایی که در شوینده های خانگی مورد استفاده قرار می گیرند.

ما همچنین می توانیم ارگانهایی در این تراشه های استفاده کنیم

برای مقاصد بیو تروریزم

یا در معرض تابش اشعه ها

ما می توانیم از این تراشه برای یادگیری بیشتر

در خصوص بیماری هایی شبیه ابولا استفاده کنیم

یا بیماری های مرگ آور دیگری شبیه سارس.

این ارگانها در تراشه می توانند

مسیر آزمایشات بالینی ما را در آینده تغییر دهند.

همین حالا، متوسط شرکت کنندگان در

آزمایشات کلینیکی متوسط است.

اکثرا سنین میانی و اکثرا زنها هستند.

خیلی آزمایشات بالینی پیدا نمی کنید

که در آنها بچه ها شرکت داده شوند،

و هر روز ما به کودکان دارو می دهیم،

و تنها اطلاعات ایمنی که در مورد آن دارو داریم

اطلاعاتی هستند که ما از بزرگتر ها بدست آورده ایم.

کودکان همانند بزرگ سالان نیستند.

ممکن است که همانند بزرگسالان پاسخ های یکسانی به داروها ندهند.

در این میان تفاوت های ژنتیکی هم وجود دارند

در میان افراد جامعه

که ممکن است ما را به سمت ریسک جمعیتی سوق دهند

که این ریسک ممکن است پاسخ های متضاد دارویی داشته باشند.

حالا تصور کنید که بتوانیم سلولهایی از همه ی گونه های جمعیتی بدست بیاوریم

و آنها را در داخل این تراشه ها قرار بدهیم،

و این جمعیت را در داخل این تراشه ها خلق کنیم

این مسئله واقعا می تواند مسیر

آزمایشات بالینی ما را تغییر دهد.

این فراد تیمی هستند که این کار مهم را را انجام داده اند.

ما مهندسانی داریم، زیست شناسان سلولی داریم

ما محققان بالینی داریم که با هم کار می کنند.

ما شاهد اتفاقات بسیار شگفت انگیزی

در موسسه ویسس هستیم.

یک همگرایی در گرایش ها بوجود امده است،

که زیست شناسی بر روی طراحی های ما تاثیر می گذارد،

مسیری که ما مهندسی می کنیم، راهی که می سازیم

کاملا هیجان انگیز است.

ما درشرف ایجاد همکاریهای صنعتی مهمی هستیم

همانند فعالیتی که با یک شرکتی در دست داریم

که تخصص در ساخت دیجیتالهایی در اندازه های بزرگ دارد

این شرکت قرار است که به ما در این مسیر کمک کند

به جای یکی از اینها،

میلیون ها تراشه بسازند،

بنابراین ما می توانیم این تراشه ها را

به دست محققان بسیاری برسانیم.

و این کلید بالقوه این تکنولوژی است.

حالا اجازه بدهید ابزارمان را به شما نشان بدهم.

این وسیله ای است که مهندسان ما

درحال حاضر در لابراتوآرنمونه سازی کرده اند،

و این وسیله قرار است تا به ما

کنترل مهندسی بدهد که بتوانیم

ده تا تراشه یا بیشتر را بهم متصل نماییم

این وسیله کار بسیار مهم دیگری نیز انجام می دهد.

این وسیله یک رابط کاربری آسانی را می سازد.

که یک زیست شناس سلولی شبیه من می تواند بیاید،

یک تراشه را بردارد در کارتریج بگذارد

شبیه نمونه ای که اینجا می بینید،

کارتریج را در دستگاه بگذارد

دقیقا شبیه کاری که با یک سی دی انجام می دهید،

و برود دنبال کار خودش.

خیلی راحت. دوشاخه را بزن به برق و بازی کن.

حالا، اجاز بدهید کمی تجسم کنیم که

آینده ممکن است چه شکلی بشود

اگر من بتوانیم سلولهای بنیادی شما را داشته باشم

و در داخل یک تراشه قرار دهم،

یا سلولهای بنیادین شما را بگیرم و در داخل تراشه قرار بدهم.

یک تراشه شخصی که تنها برای شما خواهد بود.

درحال حاضر همه ما اینجا شخصیت های منفردی هستیم،

و این تفاوت های شخصیتی یعنی

اینکه ما می توانیم خیلی متفاوت عکس العمل نشان بدهیم

و گاهی پاسخ های غیر قابل پیش بینی به دارو ها بدهیم.

من خودم دو سال پیش یک سردرد شدیدی داشتم،

که نمی توانستم سرم را تکان بدهم تصورش را بکنید، "خب من یک چیز متفاوتی را تست کردم.

یک آسپرین خوردم و پانزده دقیقه بعد

در حال انتقال به اتاق ارژانس بودم

همراه یک حمله تمام عیار آسم.

حالا مشخصا این یک حمله مرگبار نبود،

اما متاسفانه بعضی از این

عوارض دارویی می توانند مرگبار باشند.

خب حالا ما چگونه می توانیم از این مسئله جلوگیری کنیم؟

خب می توانیم روزی را تصور کنیم

که جرالدین را در تراشه داریم،

دانیل را در تراشه داریم،

و شما نیز در تراشه خواهید بود.

و دارو ها را شخصی سازی کنیم. از شما سپاس گزارم.

(تشویق تماشاگران)