人體器官晶片
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0:00 - 0:04我們现在正面臨全球人們健康的挑戰
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0:04 - 0:10而目前尋找以及研發新藥
太過昂貴、耗時 -
0:14 - 0:18且大多以失敗收場
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0:18 - 0:20這樣的方式是無效的
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0:20 - 0:25也代表迫切需要新式療法的病人得不到治療
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0:26 - 0:30疾病也就無法被醫治
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0:30 - 0:33我們似乎花越來越多的金錢
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0:33 - 0:37花在研發的每一個十億美元
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0:37 - 0:41都得到更少成功上市的藥
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0:41 - 0:44更多的錢,更少的藥。嗯
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0:44 - 0:46到底發生了什麼事?
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0:46 - 0:48嗯,有多種因素牽扯其中
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0:48 - 0:50但我認為最重要的原因是
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0:50 - 0:53在進入人體臨床試驗之前
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0:53 - 0:59目前用來測試藥物是否有效
或是否安全所使用的工具讓我們相當失望 -
1:04 - 1:09它們無法預測在人體內會發生的事
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1:09 - 1:14目前有兩種主要的工具
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1:14 - 1:18那就是細胞培養以及動物試驗
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1:18 - 1:21我們先來說說第一種,細胞培養
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1:21 - 1:24好,細胞在我們的身體裡面快樂地工作著
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1:24 - 1:26我們把它們從正常生長環境中取出來
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1:26 - 1:29並丟到這些培養皿的其中之一
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1:29 - 1:31希望它們依然能夠運作
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1:31 - 1:33結果並不意外
它們不能 -
1:33 - 1:35它們不喜歡那樣的環境
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1:35 - 1:39因為這跟身體裡面的環境完全不同
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1:39 - 1:41動物試驗呢?
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1:41 - 1:47的確,動物能夠提供有用的訊息
牠們告訴我們在複雜器官結構中細胞的變化 -
1:50 - 1:53我們學到了很多生物學的相關知識
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1:53 - 1:56但是通常來說
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1:56 - 2:04動物模型並無法預測使用某種特定藥物時
在人體內發生的事 -
2:04 - 2:06所以我們需要更好的工具
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2:06 - 2:08我們需要人體細胞
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2:08 - 2:12但是我們要找到讓它們
在體外也能「快樂」的方法 -
2:12 - 2:15我們的身體是個動態的環境
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2:15 - 2:17一直在活動著
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2:17 - 2:19我們的細胞也是這樣
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2:19 - 2:25它們也處於動態的環境、感受持續的作用力
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2:25 - 2:28因次如果我們想讓細胞「快樂」的在體外生活
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2:28 - 2:31我們就得成為細胞建築師
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2:31 - 2:39去設計、建造、監控細胞們的另外一個家
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2:39 - 2:42在維斯研究所(Wyss Institute),我們已經做到了
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2:42 - 2:45我們把它叫做晶片上的器官
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2:45 - 2:47我這裡正好有一個
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2:47 - 2:50它真美,對吧?
但卻是如此地不可思議 -
2:50 - 2:57在我手上的是一個在晶片上
會呼吸、活生生的人類的肺 -
2:57 - 2:59它不只是美
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2:59 - 3:02它能做強大到令人驚歎的事
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3:02 - 3:05在晶片上的細胞是活的
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3:05 - 3:08且處於動態環境
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3:08 - 3:11能夠和不同種類的細胞交互作用
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3:11 - 3:14有很多人嘗試過在實驗室裡培養細胞
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3:14 - 3:18他們試過很多種方法
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3:18 - 3:20他們甚至試過在實驗室裡培養迷你的器官
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3:20 - 3:22我們並不那麼做
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3:22 - 3:28我們只是在這小小的晶片上
創造了最小的功能單位 -
3:28 - 3:34這些單位代表了細胞在我們體內所經歷的
生化反應、作用機能和機械應變 -
3:38 - 3:41它們怎麼運作呢?讓我告訴你們
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3:41 - 3:47我們運用了電腦晶片的技術來創造
這些規模和細胞以及生長環境相仿的結構 -
3:50 - 3:52其中有三條液體通道
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3:52 - 3:56在中間部分有兼具通透性以及彈性的膜
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3:56 - 3:59在這些膜上我們可以放上人體細胞
例如肺部細胞 -
3:59 - 4:04下層則有微血管細胞
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4:04 - 4:09然後我們就可以對晶片施加
伸展以及收縮這些膜的作用力 -
4:11 - 4:16而在中間的細胞就會受到
在我們呼吸的時候所承受的作用力 -
4:17 - 4:20就如同在我們體內的時候一樣
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4:20 - 4:22最上方的通道有氣流流過
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4:22 - 4:28然後帶有養分的液體會流過血液通道
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4:28 - 4:33晶片是很漂亮,但是我們要怎麼利用呢?
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4:33 - 4:37這些小小的晶片具有相當不可思議的功能
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4:37 - 4:39讓我告訴你們吧
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4:39 - 4:44例如,加入細菌細胞就能夠模擬肺部感染
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4:45 - 4:48然後加入人類白血球
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4:48 - 4:52白血球在我們體內
扮演抵抗細菌入侵的角色 -
4:52 - 4:55當它們接受到因感染而引起的發炎反應時
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4:55 - 5:00就會經由血管進入肺部並吞嗜細菌
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5:00 - 5:05你們將會看到這個在真正的人類肺部發生的過程
發生在這片晶片上 -
5:05 - 5:09我們標記了白血球
所以你們能夠看到它們正常流過 -
5:09 - 5:12當它們偵測到感染時,就會開始黏附(細菌)
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5:12 - 5:17黏附之後,就會試著從血管這一側進入肺部
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5:18 - 5:24如你所見,我們能夠
捕捉到單一一顆白血球 -
5:25 - 5:30黏附、擺動著穿越細胞層、細胞核
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5:30 - 5:32到達膜的另外一側
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5:32 - 5:37就在這裡,白血球將會
吞噬擁有綠色標記的細菌 -
5:37 - 5:44在小小的晶片上,你見到了我們身體
對感染的最基礎反應 -
5:46 - 5:49這就是所謂的免疫反應
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5:49 - 5:52相當令人興奮
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5:52 - 5:54現在我想分享這張圖片
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5:54 - 5:57不只是因為它很美
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5:57 - 6:03也因為它告訴了我們
很多細胞在晶片上所發生的事 -
6:03 - 6:07它告訴我們這些
來自肺部細小氣管中的細胞 -
6:07 - 6:11其實有著你能夠想像得到的毛髮狀結構
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6:11 - 6:12這些構造稱為纖毛
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6:12 - 6:15它們的作用是把黏液掃出肺部
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6:15 - 6:17對。黏液。真噁心
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6:17 - 6:19但是黏液其實非常重要
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6:19 - 6:23黏液會抓住顆粒、病毒、潛在過敏原
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6:23 - 6:27而這些纖毛會將黏液清出肺部
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6:27 - 6:31當它們被例如香菸等等破壞的時候
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6:31 - 6:34就沒辦法正常作用,也就無法將黏液清掉
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6:34 - 6:38這會導致支氣管炎之類的疾病
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6:38 - 6:44纖毛以及黏液的清除
也和囊性纖維化等嚴重疾病有關 -
6:45 - 6:49但是有了這些晶片的功能
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6:49 - 6:53我們就能夠著手尋找新的治療方法
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6:53 - 6:55這些晶片並不侷限於肺
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6:55 - 6:57我們也有了腸道晶片
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6:57 - 6:59就是這個
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6:59 - 7:04我們將人類小腸細胞放進腸道晶片中
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7:04 - 7:10它們會持續蠕動並傳導到所有的細胞
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7:10 - 7:13因此我們能夠模擬許多功能
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7:13 - 7:17就如同你在人類小腸所見的一般
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7:17 - 7:23現在我們可以開始建立腸燥症的模型了
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7:23 - 7:27這種疾病困擾了很多人
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7:27 - 7:33它讓人變得虛弱
而且好的治療方法不多 -
7:33 - 7:39現在我們正在實驗室裡
研發一系列不同的器官晶片 -
7:41 - 7:44然而,這項技術的真正強大之處
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7:44 - 7:49在於我們能夠用液體使它們產生連結
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7:49 - 7:55細胞之間有液體流通
因此我們可以把多個晶片連結在一起 -
7:56 - 8:00形成一個所謂的「人類晶片」
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8:00 - 8:03我們真的很興奮
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8:03 - 8:07我們並不會過度重製人類
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8:07 - 8:13我們的目標是再造足夠的功能性
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8:13 - 8:18讓我們得以更好的預測體內會發生的事
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8:18 - 8:24舉例來說,我們已經可以去探索
使用了噴劑藥物後所發生的事 -
8:24 - 8:27氣喘病人使用吸入劑之後
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8:27 - 8:32我們可以探尋藥物是如何進入肺部、身體
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8:32 - 8:34會影響哪些器官,例如心臟
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8:34 - 8:35它會改變心跳嗎?
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8:35 - 8:37他有毒性嗎?
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8:37 - 8:39他會經由肝臟清除嗎?
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8:39 - 8:41他會經由肝臟代謝嗎?
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8:41 - 8:43它會經由腎臟排泄嗎?
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8:43 - 8:48我們可以開始研究藥物在體內的動態反應
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8:48 - 8:52這將會是革命性的改變
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8:52 - 8:58不僅僅是針對製藥工業,也會影響很多不同的產業
包括化妝品工業 -
8:59 - 9:04未來將可以利用我們
正在實驗室裡研發的皮膚晶片 -
9:04 - 9:10在不需要動物試驗的情況下來測試
這些產品裡的成分對皮膚是否安全 -
9:13 - 9:19我們可以測試每天都會
接觸到的化學製品是否安全 -
9:19 - 9:23例如家庭清潔劑裡面的成分
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9:23 - 9:29我們也可以將器官晶片利用在
生物恐怖主義以及輻射暴露方面 -
9:31 - 9:36我們可以將它們用在伊波拉病毒
或是其他致命性疾病
例如SARS -
9:41 - 9:46器官晶片也得以改變未來的臨床試驗方式
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9:47 - 9:52目前,平均來說臨床試驗的對象都太單一了
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9:53 - 9:56通常是中年、通常是女性
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9:56 - 10:00你不會看到臨床試驗的對象有孩童
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10:00 - 10:03但是我們每天都會餵孩子吃藥
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10:03 - 10:09而我們所擁有的安全性資料都來自於成人
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10:10 - 10:12孩童並不是成人
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10:12 - 10:15他們可能會有不同於成人的反應
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10:15 - 10:21人群和人群之間也會有遺傳差異
這可能會導致有負面藥物反應的危險族群 -
10:26 - 10:30想像我們可以把彼此有差異的
族群細胞取出並放在晶片上 -
10:31 - 10:33並創造一個族群晶片
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10:33 - 10:37這絕對會改變臨床試驗的做法
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10:37 - 10:40而這正是研究團隊正在努力的方向
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10:40 - 10:45工程師、細胞生物學家、醫師
所有人正通力合作 -
10:47 - 10:50現在 Wyss Institute 已經有了相當不可思議的成果了
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10:50 - 10:52它集合了各方的大成
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10:52 - 10:57生物學影響了工程以及建造的定義
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10:59 - 11:00這真是令人興奮
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11:00 - 11:04我們正和業界進行重要的合作
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11:04 - 11:09例如一家專精於大規模數位製造的公司
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11:11 - 11:15他們將會協助我們製造不止一個
而是數以百萬計的晶片 -
11:16 - 11:20讓我們得以將晶片交給盡可能多的研究人員
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11:20 - 11:24而這就是這項科技潛力的關鍵
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11:24 - 11:27現在,讓我來介紹我們的儀器
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11:27 - 11:32這台儀器是我們目前實驗室裡的原型
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11:32 - 11:39它能提供我們連結十個
或更多的晶片所需要的工程控制 -
11:41 - 11:43此外,它也能辦到其它很重要的工作
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11:43 - 11:46它擁有很簡單的使用介面
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11:46 - 11:49因此一個像我一樣的細胞生物學家
也可以進到實驗室 -
11:49 - 11:53把一片晶片放進
像這台一般的原型機卡匣中 -
11:53 - 11:57然後把卡匣放進機器裡,就像放 CD 一樣
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11:57 - 12:00插上電並播放。輕鬆容易
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12:00 - 12:03現在,讓我們來想像一下
未來可能發生的事情 -
12:03 - 12:08假設我能把你的幹細胞放進晶片裡
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12:11 - 12:14這就像是你個人的晶片
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12:14 - 12:18現在在這裡的每個人都是獨立個體
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12:18 - 12:24個體差異代表我們對藥物
可能有天差地遠或無法預測的反應 -
12:27 - 12:32我個人在幾年前有很嚴重的頭痛
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12:32 - 12:34完全沒辦法搖頭、思考
「好吧,我要嘗試些其它方法」 -
12:34 - 12:39我吃了一些Advil。十五分鐘以後我就因為嚴重氣喘發作而在前往急診室的路上了
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12:40 - 12:42很明顯地,我並沒有死
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12:42 - 12:48但是很不幸地,有些藥物的負面反應是致命的
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12:49 - 12:51那我們要怎麼避免呢?
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12:51 - 12:53嗯,可預見的是有一天將出現
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12:53 - 12:56Geraldine 晶片
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12:56 - 12:57Danielle 晶片
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12:57 - 12:59你的晶片
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12:59 - 13:01個人化醫療。謝謝
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13:01 - 13:05(掌聲)
- Title:
- 人體器官晶片
- Speaker:
- 潔瑞丁•漢彌爾頓
- Description:
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一個新藥、一個更好的療法想像起來相對簡單。然而,困難的部分在於測試它;這個步驟可能讓有潛力的療法延宕數年。在 Geraldine Hamilton 這段清楚明瞭的演說當中,說明了她實驗室創造出來的人體器官晶片。這些晶片構造簡單,但卻具備了所有測試新藥所需的重要條件--甚至能客製化療程。(影片攝於TEDxBoston)
- Video Language:
- English
- Team:
- closed TED
- Project:
- TEDTalks
- Duration:
- 13:23
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Shi Tan commented on Chinese, Traditional subtitles for Body parts on a chip |
Shi Tan
語言精練,真厲害!