Părţi din corp într-un cip

Este relativ uşor să ne imaginăm o nouă medicină, un tratament mai bun pentru anumite afecţiuni. Partea dificilă este însă testarea, care poate întârzia ani de zile apariţia unor tratamente noi. Geraldine Hamilton ne prezintă modul în care laboratorul său crează organe şi părţi ale corpului uman într-un cip, în structuri simple care dispun de toate piesele necesare testării noilor medicaţii - chiar şi tratamente personalizate. (Filmat la TEDxBoston)

Avem în domeniul sănătăţii globale,

o problemă prezentă de rezolvat

şi anume modul în care

cercetăm şi dezvoltăm medicamente noi

e prea costisitor, durează prea mult

şi eşuează mai des decât reușește.

Chiar nu funcţionează şi asta înseamnă

că pacienţi care au nevoie de noi terapii

nu le primesc

şi bolile rămân netratate.

Cheltuim din ce în ce mai mulţi bani.

Pentru fiecare miliard de dolari cheltuiţi
în Cercetare şi Dezvoltare,

obţinem mai puţine medicamente pe piaţă.

Mai mulţi bani, mai puţine medicamente. Hmm...

Oare ce se întâmplă?

Există o mulţime de factori în joc,

dar cred că un aspect esențial

e faptul că metodele disponibile în prezent

pentru a testa dacă un medicament va avea efect,

sau dacă este eficient

sau sigur

înainte de a trece la studiile clinice pe oameni,

nu sunt adecvate. Nu prezic

ce se va întâmpla în cazul oamenilor.

Avem două asemenea metode

la dispoziţie.

Celule umane în vase Petri şi testarea pe animale.

Să vorbim despre prima, celule în cutii Petri.

Celulele funcţionează corect în corpurile noastre.

Le scoatem şi le îndepărtăm

din mediul lor, le punem în cutii Petri

şi aşteptăm să vedem ce se întâmplă.

Şi ce se întâmplă? Nu funcţionează.

Nu le place mediul

pentru că este diferit

de corp.

Dar testarea pe animale?

Testarea pe animale ne oferă

informaţii extrem de utile.

Ne învaţă ce se întâmplă

în organismele complexe.

Învăţăm mai multe despre biologie.

Însă, mult mai des,

modele pe animale nu prezic
ce se întâmplă în cazul oamenilor

când sunt trataţi cu un anumit medicament.

Avem deci nevoie de metode mai bune.

E nevoie de celule umane,

dar cărora sa le oferim un mediu confortabil

în afara organismului.

Mediul corpului nostru este dinamic.

Suntem în continuă transformare.

Celulele noastre trec prin aceste procese.

Se află în mediul corporal dinamic.

Sunt influențate continuu de forţe mecanice.

Dacă vrem să avem celule fericite

în afara corpului,

trebuie să devenim arhitecţi de celule.

Să creăm şi să construim

un mediu adecvat pentru celule.

La Institutul Wyss,

am făcut asta.

O numim organ în cip.

Şi iată una dintre ele.

Frumoasă, nu? Dar şi incredibilă.

Aici este, traieşte şi respiră

un plămân uman în cip.

Nu este doar frumos.

Poate face o mulţime de lucruri.

Avem celule vii într-un mic cip,

celule într-un mediu dinamic

care interacţionează cu diferite tipuri de celule.

Mulți cercetători

au încercat să crească celule în laborator,

folosind diferite abordări.

Au încercat chiar să crească mini-organe.

Noi nu facem asta.

Încercăm doar să recreăm

în acest mic cip

cea mai mică unitate funcţională

care reprezintă biochima,

funcţia şi mecanismul

pe care celulele le experimentează în corp.

Cum funcţionează? Vă arăt.

Folosim tehnici ale cipului computerizat

din industrie

pentru a aduce aceste structuri la o scară

relevantă pentru celulele din mediul lor.

Avem trei canale de fluid.

În centru, o membrană poroasă, flexibilă

pe care punem celule umane,

să spunem din plămâni,

iar dedesubt există celule capilare,

celule din vasele sangvine.

Apoi aplicăm forţe mecanice asupra cipului

care întind şi contractă membrana,

imitând aceleaşi forţe mecanice

din timpul respiraţiei.

Astfel celulele se simt ca în corp.

Vehiculăm aer prin canalul superior,

şi apoi circulăm un lichid cu nutrienţi

prin canalul vaselor de sânge.

Cipul este minunat

dar ce putem face cu el?

Obținem o funcţionalitate incredibilă

în aceste cipuri.

Să vă arăt.

Am putea mima infecţia,

adăugând bacterii în plămân

şi apoi adăugăm globule albe.

Leucocitele sunt mecanismul nostru defensiv

împotriva invaziei bacteriilor,

şi când simt inflamarea datorată infecţiei,

intră din sânge în plămâni

şi devorează bacteriile.

Veți vedea acum ce se întâmplă

într-un cip simulând plămânul uman.

Am marcat leucocitele pentru a fi vizibile,

cand detectează infecţia,

încep să se alipească.

Apoi încearcă să intre în plămâni

prin vasele de sânge.

Aici vedeți

o singură leucocită.

Se lipeşte, îşi găseşte calea

printre straturile de celule, prin pori,

şi iese pe cealaltă partea a membranei,

iat-o, devorează bacteriile,

marcate cu verde.

În acel cip mic, aţi văzut

unul dintre răspunsurile de bază

ale corpului la infecţie.

E modul în care răspundem - răspunsul imunitar.

Este fascinant.

Vă arăt această imagine,

nu pentru că este frumoasă,

ci pentru că ne oferă multe informaţii

despre modul în care acţionează celulele din cip.

Ne spune că aceste celule

din plămânii noştri

au o structură ca firul de păr

pe care te-ai aştepta să o vezi în plămâni.

Aceste structuri se numesc cilia

şi ele mişcă de fapt mucusul din plămâni.

Da, mucusul.

Care este de fapt foarte important.

Acest mucus reţine particulele, viruşii,

potenţialii alergeni,

iar aceşti cili îndepărtează

şi curăţă mucusul.

Când sunt afectaţi

de fumul de ţigară, de exemplu,

nu funcţionează şi nu pot curăţa mucusul.

Şi asta conduce la afecţiuni ca bronşita.

Cilia şi curăţarea mucusului

sunt implicate şi în boli ca fibroza chistică.

Acum însă, cu aceste cipuri,

putem căuta

noi tratamente.

Nu ne-am oprit aici.

Avem şi un intestin în cip.

Iată.

Am pus celule intestinale umane

într-un cip simulând intestinul

şi ele sunt in continuă mişcare peristaltică,

acest flux de scurgere prin celule,

în care simulăm multe dintre funcţiile

pe care vă aşteptaţi sa le vedeţi

în intestinul uman.

Acum putem începe să creăm modele de afecţiuni

ca sindromul colonului iritabil,

o boală are afectează

multe persoane.

Este debilitant

şi nu există multe tratamente eficiente.

Avem acum o întreagă reţea

de cipuri pentru diferite organe

cu care lucrăm în laboratoare.

Adevărata putere a acestei tehnologii

vine din faptul că

le putem conecta.

Prin fluidul ce curge prin aceste celule,

putem conecta

mai multe cipuri

pentru a forma un om virtual într-un cip.

Sună interesant.

Nu vom re-crea un om întreg în aceste cipuri,

scopul nostru este să re-creăm

o funcţionalitate suficientă

pentru a putea prezice

ce se întâmplă în corpul uman.

Putem începe să explorăm

ce se întămplă cu un medicament de tip aerosol.

Pentru cei care aveţi astm ca mine - când folosiţi inhalatorul,

putem explora cum ajunge medicamentul în plămâni,

cum intră în corp,

cum poate afecta inima.

Modifică bătăile inimii?

Este toxic?

Este eliminat de ficat?

Sau metabolizat de ficat?

Este eliminat prin rinichi?

Putem studia dinamica

răspunsului corpului la medicament.

Asta ar putea revoluţiona

şi îmbunătăți potențialul

nu doar în industria farmaceutică,

ci şi în alte industrii,

inclusiv industria cosmetică.

Putem folosi pielea simulată pe un cip,

cercetată actualmente în laborator

pentru a testa dacă ingredientele din produsele

le care le punem pe piele sunt sigure,

fără a le mai testa pe animale.

Am putea testa siguranţa

substanţelor la care suntem expuşi

zilnic în mediu cotidian,

de exemplu produsele casnice de curăţenie.

Am putea folosi organele din cipuri

ca aplicaţii în bioterorism

sau expunerea la radiaţii.

Am putea învăţa mai mult despre

infecții cu Ebola

sau alți viruși fatali ca SARS.

Organele din cipuri schimbă

modul în care vom efectua studiile clinice în viitor.

Acum participantul obişnuit

în studiul clinic este chiar aşa: obişnuit.

Tinde să fie vârsta de mijloc, femeie.

Sunt puţine studii clinice

în care sunt implicaţi copii –

care însă iau zilnic medicamente,

pentru care singurele cercetări de siguranță

sunt obţinute pe adulţi.

Copiii nu sunt adulţi.

Ei poate nu reacţionează ca adulţii.

Există şi diferenţe genetice

în populaţii,

conducând la populaţii de risc

care prezintă riscul de a avea reacţii adverse.

Dacă am putea lua celule de la polulaţii diferite

și le-am pune în cipuri,

am crea populaţii într-un cip.

Asta ar schimba modul

în care facem studiile clinice.

Iată echipa şi oamenii care fac asta.

Avem ingineri, biologi,

clinicieni, lucrând împreună.

Este ceva incredibil

la institutul Wyss.

Este un cumul de discipline

în care biologia influenţează modul în care

creăm, modelăm, construim.

Foarte incitant.

Stabilim colaborări cu industrii importante

ca cea pe care o avem cu o companie

specializată în produse digitale de masă.

Ei ne vor ajuta să facem

în loc de un cip,

milioane de cipuri,

pe care sa le folosească

cât mai mulţi cercetători.

Asta-i cheia spre potenţialul acestei tehnologii.

Să vă arăt instrumentele noastre.

Iată unul pe care inginerii noştri

îl testează acum în laborator.

Acesta ne va conferi

controlul de care avem nevoie

pentru a conecta zece sau mai multe cipuri.

Şi mai face ceva important.

Creează o interfaţă uşor de folosit,

astfel încât un biolog ca mine poate

să ia un cip, să-l pună într-un cartuş

ca în acest prototip.

Cartușul se introduce în aparat

ca un C.D

şi e gata de analiză.

Conectăm şi funcţionează. Uşor.

Acum, să ne imaginăm

cum ar arăta viitorul

dacă am lua celule stem

să le punem în cip,

sau celulele voastre stem pe un cip.

Un cip personalizat.

Fiecare dintre noi suntem diferiţi,

iar diferenţele înseamnă

că reacţionăm foarte diferit

şi uneori imprevizibil la medicamente.

Acum câţiva ani am avut o durere acută de cap,

de care nu puteam scăpa şi m-am gândit să fac ceva diferit.

Am luat Advil. După 50 de minute,

mă aflam în drum spre camera de gardă

cu un atac acut de astmă.

Nu a fost fatal, după cum vedeţi,

dar, câteodată

reacţiile adverse pot fi fatale.

Cum le prevenim?

Ne putem imagina că, într-o zi,

o avem pe Geraldine pe un cip,

sau pe Danielle

pe un cip.

Medicină personalizată. Mulţumesc.

(Aplauze)