Dijelovi tijela na čipu

Relativno je lako zamisliti novi lijek, bolji tretman za neku bolest. Teško je, pak, testirati ga, a to može odlagati obećavajuće nove lijekove godinama. U ovom dobro objašnjenom predavanju Geraldine Hamilton pokazuje kako njen laboratorij stvara organe i dijelove tijela na čipovima, jednostavnim strukturama sa svim potrebnim dijelovima za testiranje novih lijekova – čak i onih iskrojenih za jednu jedinu osobu. (Snimljeno na TEDxBoston)

Danas imamo globalni zdravstveni problem

u našim rukama,

a to je da je način na koji trenutno

otkrivamo i razvijamo nove lijekove

preskup, predugo traje,

i češće ne uspije no što uspije.

Jednostavno ne radi, a to znači

da pacijenti koji ozbiljno trebaju nove tretmane

njih ne dobivaju,

i bolesti ostaju neliječene.

Čini se da trošimo sve više i više novca.

Svakom milijardom dolara koje potrošimo u istraživanje i razvoj,

imamo manje i manje lijekova odobrenih za tržište.

Više novca, manje lijekova. Hmm.

Što se ovdje događa?

U igri je više faktora,

no mislim da je jedan od ključnih

taj da nas alati koje trenutno imamo na raspolaganju

za provjeravanje hoće li lijek raditi,

biti učinkovit,

ili pak biti siguran za uporabu

prije nego što počnemo s kliničkim testiranjima na ljudima,

oni nas izdaju. Ne predviđaju

što će se dogoditi u ljudima.

I imamo dva glavna alata

na raspolaganju.

To su stanice u zdjelicama i testovi na životinjama.

Idemo popričati o prvom, stanicama u zdjelicama.

Dakle, stanice sretno obavljaju svoje zadatke u našim tijelima.

Uzmemo ih, iščupamo

iz njihovog prirodnog okruženja,
bacimo u jednu od ovih zdjelica,

i očekujemo da nastave raditi.

Pogodite što. Ne rade.

Ne sviđa im se ta okolina

jer nimalo ne sliči onoj

koju imaju u tijelu.

Što s testiranjima na životinjama?

Pa, životinje mogu dati i daju nam

izuzetno korisne informacije.

Poučavaju nas tomu što se događa

u kompleksnom organizmu.

Naučimo više o samoj biologiji.

No, životinjski modeli češće

ne mogu dobro predvidjeti što će se
dogoditi u ljudima kada im damo neki lijek

nego što mogu.

Stoga trebamo bolje alate.

Trebamo humane stanice,

no trebamo naći načina da ih održimo sretnima

van tijela.

Naša tijela su dinamična okruženja.

Stalno smo u pokretu.

Naše stanice to osjete.

One su u našim tijelima u dinamičnom okruženju.

Pod stalnim mehaničkim silama.

Stoga ako ih želimo održati sretnima

van naših tijela,

trebamo postati arhitekti stanica.

Trebamo dizajnirati, izgraditi i osmisliti

dom izvan doma za stanice.

A na Institutu Wyss,

smo učinili baš to.

Zovemo ga organ-na-čipu.

I imam jedan upravo ovdje.

Predivno je, zar ne?
Ali je vrlo nevjerojatno.

Upravo ovdje na mojoj ruci je dišuće, živo

plućno krilo na čipu.

I nije samo predivno.

Može raditi golemu količinu stvari.

Imamo živuće stanice u tom malom čipu,

stanice koje su u dinamičnom okolišu i

imaju interakcije s drugim tipovima stanica.

Puno je ljudi pokušalo

uzgojiti stanice u labosu.

Isprobali su različite pristupe.

Čak su probali i uzgojiti
mini-organe u laboratoriju.

Ovdje to ne pokušavamo.

Samo pokušavamo rekreirati

u ovom malom čipu

najmanju funkcionalnu jedinicu

koja predstavlja biokemiju,

funkciju i mehanički napor

koji stanice doživljavaju u našim tijelima.

Pa kako to radi? Pokazat ću vam.

Koristimo tehnike iz industrije

računalnih čipova

da stvorimo ove strukture na razini

stanica i njihovog okoliša.

Imamo tri kanala za fluide.

U sredini imamo poroznu, savitljivu membranu

na koju postavimo humane stanice

iz recimo, naših pluća,

pa potom ispod imaju kapilarne stanice,

stanice naših krvnih žila.

I možemo potom primijeniti mehaničke sile na čip

što rasteže i kontrahira membranu,

pa stanice doživljavaju iste mehaničke sile

kao kada dišemo.

I to na isti način na koji su ih iskusile u tijelu.

Zrak prolazi kroz gornji kanal,

pa potom uspostavimo protok hranjive tekućine

kroz krvnu mrežu.

Sad, čip je stvarno prekrasan,

no što zapravo možemo s njim?

Možemo dobiti izuzetnu funkcionalnost

u ovim malim čipovima.

Pokazat ću vam.

Možemo, na primjer, oponašati infekciju

tako što dodamo bakterijske stanice u plućno krilo.

Potom možemo dodati humane bijele krvne stanice.

Bijele krvne stanice su obrambeni mehanizam

našeg tijela protiv uljeza,

i kad osjete ovu upalu
zbog infekcije

ući će u plućno krilo iz krvi

i opkoliti bakterije.

Sada ćete vidjeti kako se to odvija

uživo na pravom ljudskom plućnom krilu na čipu.

Označili smo bijele krvne stanice tako
da ih vidite kako prolaze,

i kada detektiraju infekciju,

počnu se priljubljivati.

Priljube se i pokušavaju ući u plućno krilo

iz krvne žile.

Kako vidite, možemo zapravo prikazati

pojedinu bijelu krvnu stanicu.

Priljubi se, promigolji se do

međuslojeva stanica, kroz pore,

dođe na drugu stranu membrane,

i upravo ovdje, pokušava opkoliti bakteriju

koja je zeleno obojana.

U ovom minijaturnom čipu upravo ste svjedočili

jednom od osnovnih odgovora

našeg tijela na infekciju.

To je način na koji odgovaramo – imunosni odgovor.

Vrlo je uzbudljivo.

Sad, želim podijeliti ovu sliku s vama

ne zato što je tako lijepa

već zato što nam daje golemu
količinu informacija

o tome što stanice rade unutar čipova.

Pokazuje nam da ove stanice

iz malih hodnika u naši plućima

zapravo imaju ovakve četkaste strukture

koje biste i očekivali u plućima.

Ove stanice se zovu cilije,

i one zapravo miču mukozni sekret van pluća.

Da. Šlajm. Fuj.

Ali mukozni sekret je vrlo važan.

Mukoza zarobljava čestice, viruse,

potencijalne alergene,

i ove cilije pomiču

i izbacuju mukozni sekret van.

Kada se oštete, recimo,

zbog dima cigarete,

ne rade kako trebaju,
i ne mogu izbaciti mukozni sekret.

To može dovesti do bolesti poput bronhitisa.

Cilije i čišćenje mukoze

su također uključeni u teže bolesti poput cistične fibroze.

Ali sad, s funkcionalnošću
dobivenom ovim čipovima

možemo početi tražiti

potencijalne nove tretmane

Nismo se zaustavili na plućima na čipu.

Imamo i crijeva na čipu.

Možete vidjeti jedan čip ovdje.

I postavili smo humane crijevne stanice

u crijeva na čipu

i rade pod konstantnim peristaltičkim kretnjama,

što provodi kroz stanice,

i možemo oponašati mnoge funkcije

koje biste očekivali

u ljudskim crijevima.

Sad možemo stvoriti model bolesti

poput sindroma iritabilnog crijeva.

Ovo je bolest koja zahvaća

velik broj osoba.

Vrlo je otežavajuća,

i ne postoji puno dobrih načina tretiranja za nju.

Sad imamo cijelo postrojenje

različitih čipova s organima

na kojima radimo u našim labosima.

No prava moć ove tehnologije, pak,

zapravo dolazi iz činjenice

da ih možemo povezati fluidima.

Preko i kroz ove stanice prolazi fluid,

tako da možemo povezati

različite čipove u seriju

i sastaviti ono što zovemo virtualnim čovjekom na čipu.

Sad smo stvarno uzbuđeni.

Nećemo nikad sastaviti
cijelog čovjeka na ovim čipovima,

ali naš cilj je da budemo u mogućnosti osposobiti

dovoljnu funkcionalnost

koja će nam omogućiti bolja predviđanja

onoga što će se dogoditi u ljudima.

Na primjer, sad možemo početi istraživati

što se događa kad stavimo
lijek, recimo aerosolni lijek.

Vi koji imate astmu
kada uzmete vaš inhalator,

mi možemo istražiti kako taj lijek dolazi u vaša pluća,

kako ulazi u tijelo,

kako može, recimo, utjecati na vaše srce.

Mijenja li vam puls?

Ima li otrovna svojstva?

Uklanja li ga jetra?

Metabolizira li ga?

Izlučuju li ga vaši bubrezi?

Možemo početi proučavati dinamiku

odgovora tijela na lijek.

Ovo bi moglo stvarno revolucionizirati

i promijeniti pravila igre

ne samo farmaceutskoj industriji,

već i jako puno drugih industrija

uključujući kozmetičku industriju.

Možemo potencijalno koristiti kožu na čipu,

što upravo razvijamo u labosu,

da testiramo jesu li sastojci proizvoda

koje koristite uistinu sigurni
za staviti na vašu kožu,

i to bez potrebe za testovima na životinjama.

Možemo testirati sigurnost

kemikalija kojima smo izloženi

svakodnevno iz naše okoline,

poput kemikalija u preparatima za čišćenje kuće.

Možemo isto tako koristiti organe na čipovima

za primjene u bioterorizmu

ili istraživanju radijacije-

Možemo ih iskoristiti da naučimo više o

bolestima poput ebole

ili drugim smrtonosnim bolestima poput SARS-a.

Organi na čipovima bi mogli promijeniti

i način na koji ćemo raditi klinička testiranja.

U ovom trenutku prosječni član test grupe

u kliničkom testiranju je upravo to; prosječan.

Najčešće srednje dobi, najčešće žena.

Nećete naći puno kliničkih testova

u koje su uključena djeca,

no ipak svaki dan dajemo djeci lijekove,

i jedini podaci o sigurnosti tog lijeka

su oni dobiveni od odraslih.

Djeca nisu odrasli.

Ne moraju odgovoriti na isti način kao mi.

Postoje i druge stvari, poput genetske razlike

u populaciji

što može dovesti do rizičnih populacija

koje su rizične po tome što mogu dobiti
negativnu reakciju zbog lijeka.

Sad zamislite kad bismo mogli uzeti
stanice od svih tih različitih populacija,

staviti na čipove,

i stvoriti populacije na čipu.

Ovo zbilja može promijeniti način na koji

radimo klinička istraživanja.

A ovo je tim ljudi
koji radi na ovome.

Imamo inžinjere, stanične biologe,

imamo kliničare, svi rade zajedno.

Zbilja vidimo nešto jako nevjerojatno

na Institutu Wyss.

To je zapravo spajanje disciplina,

gdje biologija utječe na način na koji dizajniramo,

oblikujemo i izgrađujemo.

Vrlo je uzbudljivo.

Uspostavljamo važnu kolaboraciju industrija

poput one koju smo osnovali s tvrtkom

koja ima iskustva u digitalnoj proizvodnji
širokih razmjera.

Pomoći će nam napraviti,

umjesto samo jednog,

milijune ovakvih čipova,

da ih možemo predati u ruke

što većem broju istraživača.

A ovo je ključ potencijala ove tehnologije.

Da vam pokažem naš instrument.

Ovo je instrument čiji prototip naši inženjeri

upravo izgrađuju u labosu,

i ovaj instrument će nam dati

inženjerske kontrole potrebne da

povežemo deset ili više organskih čipova.

Također radi nešto drugo, vrlo bitno.

Stvara lako sučelje za korisnika.

Tako da stanični biolog poput mene može doći,

uzeti čip, staviti ga u postolje

poput prototipa koji vidite ovdje,

staviti postolje u stroj

na isti način na koji biste stavili CD,

i to je to.

Uključi i igraj. Vrlo lako.

Idemo sad zamisliti malo

kako bi mogla izgledati budućnost

kad bih mogla uzeti vaše matične stanice

i staviti na čip,

ili vaše stanice i staviti na čip.

To bi bio vaš personalizirani čip.

Sad, svi ovdje smo individue,

i sve naše individualne razlike znače

da možemo reagirati na lijekove vrlo različito

i na ponekad nepredvidljive načine.

I sama sam, prije nekoliko godina,
imala tešku glavobolju,

nisam ju mogla otresti i pomislila sam,
"Pa, idemo probati nešto drugačije."

Uzela sam jedan Advil. Petnaest minuta kasnije

bila sam na putu za hitan prijem u bolnicu

sa izraženim napadajem astme.

Naime, očito je da nije bio smrtonosan.

No nažalost, neke od ovakvih

negativnih reakcija na lijekove mogu biti fatalne.

Pa kako da ih spriječimo?

Mogli bismo zamisliti da jednog dana

imamo Geraldine na čipu,

imamo Danielle na čipu,

imamo vas na čipu.

Personalizirana medicina. Hvala vam.

(Pljesak)