Delovi tela na čipu

Relativno je lako zamisliti novi lek, bolji lek za neku bolest. Težak deo je testiranje, a to može da odloži obećavajuće lekove i do nekoliko godina. U ovom dobro objašnjenom izlaganju, Džeraldin Hamilton pokazuje kako njena laboratorija stvara organe i delove tela na čipu, jednostavne strukture sa svim delovima koji su bitni za testiranje novih lekova - čak i jedinstvene lekove za jednu određenu osobu. (Snimljeno na TEDxBoston)

Danas u svojim rukama

imamo globalni izazov zdravlja,

a to znači da je način na koji trenutno

otkrivamo i razvijamo nove lekove

previše skup, traje predugo,

i ne uspeva češće nego što uspe.

Zaista nam ne uspeva, a to znači

da pacijenti kojima je veoma
potrebna nova terapija

istu ne dobijaju,

a bolesti se ne leče.

Čini se kao da trošimo sve više para.

I tako za svaku milijardu dolara
potrošenih na istraživanje i razvoj

sve je manje lekova
koji su odobreni za tržište.

Više novca, manje lekova. Hmm.

Dakle, šta se dešava ovde?

Pa, više faktora utiče,

ali ja mislim da je jedan od ključnih

taj da alati koji su trenutno

raspoloživi da testiraju
da li će lek imati efekta,

da li je efikasan,

ili da li će biti siguran

pre nego što ga odnesemo
na klinička ispitivanja na ljudima,

nas dovode do neuspeha.
Ne predviđaju

šta će da se dogodi u ljudima.

A imamo dva glavna alata

na raspolaganju.

To su ćelije u posudama
i testiranje na životinjama.

Hajde sada da pričamo o prvom,
o ćelijama u posudama.

Dakle, ćelije srećno funcionišu
u našim telima.

Mi ih uzmemo i izvučemo ih

iz njihovog prirodnog okruženja,
bacimo ih u jednu od ovih posuda,

i očekujemo da će da rade.

Pogodite šta. Ne rade.

Ne sviđa im se to okruženje

jer nije ni nalik

onome što imaju u telu.

Šta ćemo sa testiranjem na životinjama?

Pa, životinje nam mogu obezbediti

veoma korisne informacije.

Uče nas šta se dešava

u kompleksnom organizmu.

Učimo više o samoj biologiji.

Međutim, češće se dešava

da životinjski modeli ne uspeju
da predvide šta će se desiti u ljudima

kada ih lečimo određenim lekom.

Zato nam trebaju bolji alati.

Trebaju nam ljudske ćelije,

ali moramo da nađemo način
da ih održavamo srećnima

van tela.

Naša tela su dinamična okruženja.

U stalnom smo pokretu.

Naše ćelije to znaju.

One su u dinamičnom okruženju
u našim telima.

I uvek su pod mehaničkim silama.

Tako da ako želimo
da učinimo ćelije srećnima,

van naših tela,

moramo da postanemo ćelijske arhitekte.

Moramo da dizajniramo,
napravimo i isplaniramo

drugi dom za ćelije.

Na institutu Vis

upravo smo to i uradili.

To zovemo organom na čipu.

I ja imam jedan upravo ovde.

Predivno je, zar ne?
Ali i prilično neverovatno.

Baš ovde u mojoj ruci je živo

plućno krilo na čipu koje diše.

I nije samo prelepo.

Može da uradi ogromnu količinu stvari.

Imamo žive ćelije na tom malom čipu,

ćelije koje su u dinamičkom okruženju

u interakciji sa različitim
tipovima ćelija.

Bilo je mnogo ljudi

koji su pokušali da uzgajaju
ćelije u laboratorijama.

Probali su sa različitim prilazima.

Čak su pokušali da uzgoje
mini-organe u laboratoriji.

Mi ne pokušavamo to da uradimo.

Samo pokušavamo
da ponovo stvorimo,

na ovom malenom čipu,

najmanju funkcionalnu jedinicu

koja predstavlja biohemiju,

funkciju i mehaničko naprezanje

koje ćelije iskuse u našim telima.

Kako to radi?
Da vam pokažem.

Mi koristimo tehnike
iz industrije za proizvodnju

kompjuterskih čipova

kako bismo napravili
te strukture u veličini

bitnoj i za ćelije i za okolinu.

Imamo tri fluidna kanala.

U sredini, imamo poroznu,
fleksibilnu membranu

na koju dodajemo ljudske ćelije

iz, na primer, pluća,

a onda ispod, imamo kapilarne ćelije,

ćelije naših krvnih sudova.

Onda možemo da primenimo
mehaničke sile na čip

koje razvlače i skupljaju membrane,

tako da ćelije iskuse iste mehaničke sile,

kao kada dišemo.

I one ih iskuse kao da su u telu.

Tu je vazduh koji ide kroz gornji kanal,

zatim tečnost koja sadrži
hranljive materije

kroz krv.

Čip je veoma lep,

ali šta mi možemo da uradimo s njim?

Možemo da dobijemo
neverovatnu funkcionalnost

unutar ovih malih čipova.

Da vam pokažem.

Možemo, na primer, da imitiramo infekciju,

gde dodajemo bakterijske ćelije
u plućno krilo.

Onda možemo da dodamo
ljudska bela krvna zrnca.

Bela krvna zrnca su odbrana našeg tela

protiv bakterijskih napada,

i kada osete zapaljenje zbog infekcije,

ući će iz krvi u plućno krilo

i progutati bakteriju.

Sada ćete da vidite kako se to događa

uživo u ljudskom plućnom krilu na čipu.

Obeležili smo bela krvna zrnca kako biste
mogli da vidite kako plutaju,

i kada primete infekciju,

počinju da se lepe.

Lepe se i pokušavaju
da uđu u pluća

iz krvi.

I možete da vidite, možemo da prikažemo

jedno belo krvo zrnce.

Lepi se i migolji se

između slojeva ćelija, kroz pore,

izlazi na drugu stranu membrane,

i upravo tu će progutati bakteriju

koja je obeležena zelenim.

U toj maloj posudi,
upravo ste bili svedoci

jednog od najosnovnijih odgovora

našeg tela na infekciju.

To je način na koji reagujemo -
imuna reakcija.

Veoma uzbudljivo.

Želim da podelim ovu sliku sa vama,

ne samo zato što je toliko lepa

već zato što nam pruža
neverovatnu količinu informacija

o tome šta ćelije rade u čipu.

Govori nam da te ćelije

iz malih prolaza u našim plućima,

zapravo imaju strukturu nalik kosi

koju biste očekivali da vidite u plućima.

Ove strukture se zovu treplje,

i one zapravo teraju sluz van pluća.

Da. Sluz. Bljak.

Ali sluz je veoma važna.

Sluz hvata čestice, viruse,

potencijalne alergene

i ove sitne treplje se pomeraju

i oslobađaju nas sluzi.

Kada se oštete, recimo,

zbog dima cigarete, na primer,

one ne funkcionišu kako treba
i ne mogu da nas očiste od sluzi.

I to dovodi do bolesti
kao što je bronhitis.

Treplje i oslobađanje od sluzi

su takođe uključene u odvratnim bolestima
kao što je cistična fibroza.

Ali sada, sa funkcionalnošću
koju imamo u ovim čipovima,

možemo da počnemo da tragamo

za potencijalnim novim lečenjima.

Nismo stali sa plućima na čipu.

Imamo i stomak na čipu.

Možete da ga vidite ovde.

I stavili smo ljudske crevne ćelije

u stomak na čipu,

i one su pod stalnim
peristaltičkim pokretima,

ovaj protok nalik kapljanju kroz ćelije,

i možemo da imitiramo mnoge od funckija

koje biste očekivali da vidite

u ljudskim crevima.

Sada možemo da počnemo
da pravimo modele bolesti

kao što je sindrom razdražljivih creva.

Ovo je bolest koja pogađa

veliki broj ljudi.

To je veoma iznurujuće,

i ne postoji puno dobrih tretmana za to.

Sada imamo čitav cevovod

različitih organskih čipova

na kojima trenutno radimo
u našim laboratorijama.

Ali, istinska moć ove tehnologije,

zapravo dolazi iz činjenice

da možemo da ih povežemo
pomoću tečnosti.

Tu je tečnost koja prolazi
preko tih ćelija,

tako da možemo da počnemo da povezujemo

veliki broj različitih čipova zajedno

da napravimo ono što zovemo
virtualni čovek na čipu.

Sada postajemo veoma uzbuđeni.

Nikada nećemo moći da stvorimo
celog čoveka na ovim čipovima,

ali naš cilj je da možemo da stvorimo

dovoljno funkcionalnosti

da možemo da pravimo bolja predviđanja

šta će da se dogodi u ljudima.

Na primer, sada možemo
da počnemo da istražujemo

šta se desi kada stavimo lek
kao što je aerosol.

Oni koji, kao ja, imaju astmu,
kada uzmete vašu pumpicu,

možemo da istražimo kako
taj lek dopire do vaših pluća,

kako ulazi u telo,

kako može da utiče na, recimo, vaše srce.

Da li menja otkucaje srca?

Da li je otrovan?

Da li jetra može da ga prečisti?

Ili je metabolizovan u jetri?

Da li se izlučuje u bubrezima?

Možemo da počnemo da gledamo dinamičan

odgovor tela na lek.

Ovo bi moglo da napravi revoluciju

i izmeni

ne samo farmaceutsku industriju

već dosta različitih industrija,

uključujući i kozmetičku.

Možemo da iskoristimo kožu na čipu

koju trenutno razvijamo u laboratoriji

da testiramo da li su
sastojci u preparatima

koje koristite zapravo bezbedni
da ih stavljate na kožu

bez potrebe testiranja na životinjama.

Mogli bismo da testiramo bezbednost

hemikalija kojima smo izloženi

svakodnevno u našem okruženju,

kao što su hemikalije
u običnim sredstvima za čišćenje.

Mogli bismo takođe da koristimo
organe na čipovima

za primenu u bioterorizmu

ili izloženost radijaciji.

Možemo da ih koristimo da naučimo više

o bolestima kao što je ebola

ili drugim smrtnim bolestima
kao što je SARS.

Organi na čipu bi mogli da promene

klinička ispitivanja u budućnosti.

Sada, prosečni učesnik

u kliničkom ispitivanju je
upravo to - prosečan.

Uglavnom je sredovečan, uglavnom žena.

Nećete naći mnoga klinička ispitivanja

u kojima su uključena deca,

a ipak, svaki dan, dajemo deci lekove,

i jedini podaci koje imamo
o bezbednosti tog leka,

su oni koje smo dobili od odraslih.

Deca nisu odrasli.

Ona možda neće odreagovati
isto kao odrasli.

Postoje i ostale stvari,
kao što su genetske razlike

stanovništva

koje mogu da dovedu do rizika

neželjene reakcije na lek.

Zamislite da možemo da uzmemo
ćelije svih tih drugačijih ljudi

stavimo ih na čipove,

i stvorimo populaciju na čipu.

Ovo bi zaista moglo da promeni način

na koji vršimo klinička ispitivanja.

A ovo je tim i ljudi koji rade ovo.

Imamo inženjere, biologe,

imamo kliničare, i svi oni rade zajedno.

Vidimo nešto zaista izvanredno

na institutu Vis.

To je zapravo sastajanje disciplina,

gde biologija utiče na način
na koji dizajniramo,

kreiramo i gradimo.

Veoma uzbudljivo.

Uspostavljamo važne industrijske saradnje

kao što je ova koju imamo sa kompanijom

koja je ekspert u digitalnoj
proizvodnji u velikom broju.

Oni će nam pomoći da napravimo,

umesto samo jednog od ovih,

milione čipova,

da bismo mogli da ih stavimo u ruke

što je više moguće istraživača.

I ovo je ključ potencijala te tehnologije.

Dopustite da vam pokažem naš instrument.

Ovo je instrument od kojeg naši inženjeri

prave prototipe upravo sada
u laboratoriji,

i taj instrument će nam pružiti

inženjersku kontrolu koja će
nam biti potrebna

da povežemo 10 ili više organa zajedno.

Radi još nešto što je veoma bitno.

Stvara lak korisnički interfejs.

Biolog kao što sam ja može da uđe,

uzme čip, stavi ga u kertridž

kao prototip koji vidite ovde

stavi kertridž u mašinu

kao što biste vi stavili CD

i krećemo.

Stavi i pusti. Lako.

Hajde sada da zamislimo

kako budućnost može da izgleda

ako bih ja uzela vaše matične ćelije

stavila ih na čip,

ili vaše matične ćelije
i stavila ih na čip.

To bi bio personalizovani čip samo za vas.

Svi mi ovde smo pojedinci

i te individualne razlike znače

da bismo mogli da reagujemo
veoma različito

i nekad i veoma nepredvidivo na lek.

Pre nekoliko godina,
i ja sam imala jaku glavobolju

koja nije prestajala i htela sam
da probam nešto drugačije.

Uzela sam Advil.

Petnaest minuta kasnije,
bila sam na putu u hitnu

sa teškim napadom astme.

Očigledno je da nije bio smrtan,

ali, na žalost, neke od ovih

neželjenih reakcija bi mogle biti smrtne.

Kako da ih sprečimo?

Mogli bismo da zamislimo da jednog dana,

imamo Džeraldin na čipu,

i Danijela na čipu,

vas na čipu.

Personalizovana medicina.
Hvala.

(Aplauz)