Wir stehen heute in der Medizin vor einer globalen Herausforderung:
Die Forschung und Entwicklung neuer Medikamente
ist zu kostspielig, zu zeitaufwendig
und führt häufig zu nichts.
Das System funktioniert einfach nicht.
In der Folge bleiben Patienten dringend notwendige neue Therapien versagt.
Ihre Krankheiten können nicht behandelt werden.
Trotzdem geben wir anscheinend immer mehr Geld aus.
Pro Milliarde, die wir in Forschung und Entwicklung stecken,
werden heute weniger neue Medikamente zugelassen.
Also mehr Geld für weniger Medikamente. Hm!
Was ist da los?
Hier spielen viele Faktoren eine Rolle.
Einer der wichtigsten, denke ich, sind unsere derzeitigen Testinstrumente.
Tests sollen zeigen, ob ein Arzneimittel funktioniert.
Sie prüfen, ob es wirksam und sicher ist,
bevor die klinische Prüfung am Menschen beginnt.
Diese Tests versagen.
Sie sagen nicht vorher, was im Menschen geschehen wird.
Für die Tests stehen uns im Wesentlichen zwei Instrumente zur Verfügung:
Zellen in der Petrischale und Tierversuche.
Beschäftigen wir uns zuerst mit den Zellen in der Petrischale.
Solange die Zellen im Körper sind, funktionieren sie bestens.
Reißen wir sie aber aus dieser Umgebung heraus,
geben sie in eine Petrischale und erwarten, dass sie funktionieren --
was dann? Es klappt nicht.
Sie mögen die neue Umgebung nicht.
Denn sie ist völlig anders als der menschliche Körper.
Und wie steht es mit den Tierversuchen?
Tiere liefern uns äußerst nützliche Informationen.
Sie vermitteln uns, was in einem komplexen Organismus geschieht.
Wir erhalten einen besseren Einblick in biologische Vorgänge.
Allerdings sagt das Tiermodell oftmals nicht vorher,
was in einem Menschen abläuft, wenn er ein bestimmtes Arzneimittel einnimmt.
Darum brauchen wir bessere Testinstrumente.
Wir brauchen menschliche Zellen.
Und wir brauchen Möglichkeiten,
sie außerhalb des Körpers gedeihen zu lassen.
Unser Körper ist eine dynamische Umgebung.
Wir sind immer in Bewegung.
Und daran haben unsere Zellen teil.
Der Körper bildet ein dynamisches Umfeld.
Auf die Zellen wirken ständig mechanische Kräfte ein.
Wenn Zellen außerhalb des Körpers gedeihen sollen,
müssen wir zu Zellarchitekten werden.
Wir müssen für die Zellen eine "Wohlfühlumgebung" entwickeln
und ihnen einen angenehmen "Zweitwohnsitz" bauen.
Genau das haben wir am Wyss Institute gemacht.
Das Ergebnis nennen wir "Organchip".
Hier habe ich einen.
Toll, oder? Und ziemlich unglaublich.
In meiner Hand halte ich eine lebendige, atmende menschliche Lunge auf einem Chip.
Das ist nicht nur schön, sondern es birgt auch enorme Möglichkeiten.
In diesem kleinen Chip haben wir lebende Zellen.
Sie interagieren in einer dynamischen Umgebung mit verschiedenen Zelltypen.
Viele Forscher haben versucht, im Labor Zellen zu züchten.
Sie verfolgten unterschiedlichste Ansätze und züchteten sogar kleine Mini-Organe.
Uns geht es um etwas anderes.
Wir wollen auf dem Chip
ein kleinstmögliches Funktionselement bauen,
mit der biochemischen Umgebung,
den Funktionen und mechanischen Beanspruchungen,
die den Zellen vom Körper her vertraut sind.
Wie das möglich ist, zeige ich Ihnen jetzt.
Wir nutzen Techniken aus der Computerchip-Fertigung
und stellen Chips in einer Größe her,
die für Zellen und ihre Umgebung sinnvoll ist.
Es gibt drei Strömungskanäle.
In der Mitte befindet sich eine flexible poröse Membran,
auf die wir menschliche Zellen aufbringen können, z. B. aus der Lunge.
Darunter befinden sich Kapillarzellen, also Zellen aus unseren Blutgefäßen.
Dann lassen wir auf den Chip mechanische Kräfte einwirken.
Sie dehnen die Membran und ziehen sie zusammen.
Dadurch unterliegen die Zellen
denselben mechanischen Kräften wie beim Atmen.
Sie erleben diese Kräfte genauso wie im Körper.
Durch den oberen Kanal fließt Luft
und durch den Blutkanal leiten wir eine Flüssigkeit mit Nährstoffen.
Der Chip ist wunderbar. Aber wozu ist er eigentlich gut?
Diese kleinen Chips leisten wirklich Unglaubliches.
Sehen Sie sich das einmal an.
Wir ahmen z. B. eine Infektion nach
und bringen in die Lunge Bakterienzellen und menschliche weiße Blutkörperchen ein.
Weiße Blutkörperchen sind die Körperabwehr gegen eindringende Bakterien.
Wenn sie eine infektionsbedingte Entzündung erkennen,
treten sie vom Blut in die Lunge über und umschließen die Bakterien.
Sie erleben dieses Geschehen gleich live mit --
in einer menschlichen Lunge auf einem Chip.
Damit Sie die weißen Blutkörperchen sehen können, haben wir sie markiert.
Wenn die Blutkörperchen die Infektion erkennen, heften sie sich an.
Sie versuchen, vom Blutkanal aus auf die Seite der Lunge zu gelangen.
Wir können ein einzelnes weißes Blutkörperchen sichtbar machen.
Es heftet sich an, es windet sich durch Zellschichten und die Pore hindurch.
Dann kommt es auf der anderen Membranseite heraus.
Da frisst es die grün markierte Bakterie.
Durch diesen winzigen Chip wurden Sie gerade zu Augenzeugen
einer der grundlegendsten Reaktionen des Körpers auf eine Infektion.
Das ist unsere Immunreaktion.
Sehr spannend!
Ich möchte Ihnen jetzt dieses Bild zeigen.
Nicht nur, weil es schön ist.
Es sagt auch sehr viel darüber aus,
was die Zellen in den Chips eigentlich tun.
Wir sehen hier Zellen aus den feineren Verzweigungen der Lungen.
Sie besitzen haarförmige Strukturen, wie sie in der Lunge zu erwarten sind.
Das sind die Flimmerhärchen, die Schleim aus der Lunge hinausbefördern.
Genau. Schleim - igitt!
Aber Schleim ist sehr wichtig.
Schleim fängt kleine Teilchen, Viren und potenzielle Allergene ein
und die kleinen Flimmerhärchen transportieren den Schleim ab.
Werden sie z. B. durch Zigarettenrauch geschädigt, funktionieren sie nicht gut.
Dann kann der Schleim den Körper nicht verlassen.
Erkrankungen wie Bronchitis können die Folge sein.
Die Flimmerhärchen und der Abtransport von Schleim
spielen auch bei schweren Krankheiten wie Mukoviszidose eine Rolle.
Doch jetzt -- dank der Funktionen, die in diesen Chips stecken --
können wir mögliche neue Behandlungen erforschen.
Der Lungenchip hat uns aber nicht genügt.
Es gibt auch einen Darmchip.
Hier sehen Sie einen.
In den Darmchip haben wir menschliche Darmzellen gesteckt.
Wie im Darm unterliegen sie einer ständigen Bewegung,
die langsam durch die Zellen fließt.
Wir können viele Funktionen des menschlichen Darms nachahmen.
Jetzt können wir Modelle von Krankheiten entwickeln,
z. B. ein Modell des Reizdarmsyndroms.
Von dieser Krankheit sind sehr viele Menschen betroffen.
Sie vermindert die Lebensqualität erheblich.
Doch es gibt kaum gute Therapien.
Aktuell arbeiten wir in unseren Laboren an vielen unterschiedlichen Organchips.
Die eigentliche Stärke dieser Technologie liegt darin,
dass wir die Chips miteinander verbinden können.
Durch die Zellen fließt eine Flüssigkeit und verbindet unterschiedliche Chips
zu einem sogenannten virtuellen Menschen auf einem Chip.
Jetzt wird es richtig spannend!
Wir werden auf den Chips nie einen ganzen Menschen nachbauen.
Wir haben nur das Ziel,
genügend Funktionen des Organismus nachzubilden,
um besser vorhersagen zu können, was im Menschen abläuft.
Damit können wir z. B. die Wirkung von Sprühmedikamenten erforschen.
Das betrifft Menschen wie mich, die ein Asthmaspray inhalieren.
Wir können erforschen, wie es in die Lunge gelangt,
wie es in den Körper übertritt
und wie es sich z. B. auf das Herz auswirkt.
Verändert es den Herzschlag? Ist es toxisch?
Wird es von der Leber abgebaut?
Wird es in der Leber verstoffwechselt? Wird es über die Nieren ausgeschieden?
Wir können die dynamischen Reaktionen des Körpers auf Medikamente erforschen.
Dies könnte wirklich eine Revolution auslösen.
Es würde nicht nur die Pharmaindustrie verändern.
Auch viele weitere Branchen würden profitieren, z. B. die Kosmetikbranche.
Wir entwickeln im Labor gerade einen Hautchip,
mit dem wir prüfen können,
ob Sie die Inhaltsstoffe Ihrer Produkten
gefahrlos auf Ihre Haut auftragen können.
Ganz ohne Tierversuche.
Wir könnten testen, wie sicher die Chemikalien sind,
denen wir in der Umwelt täglich ausgesetzt sind,
z. B. Chemikalien handelsüblicher Haushaltsreiniger.
Weitere Einsatzgebiete der Organchips wären etwa
Bioterrorismus oder Strahlenbelastung.
Wir könnten damit ein besseres Verständnis tödlicher Krankheiten
wie Ebola und SARS gewinnen.
Organchips könnten die Durchführung klinischer Studien verändern.
Momentan sind die durchschnittlichen Teilnehmer klinischer Studien genau das:
durchschnittlich.
Vorwiegend mittleren Alters und vorwiegend weiblich.
Sie finden nur wenige klinische Studien an Kindern.
Trotzdem geben wir Kindern täglich Medikamente,
obwohl die einzigen Daten zur Sicherheit der Arznei
von Erwachsenen stammen.
Kinder sind nicht erwachsen.
Sie können anders reagieren als Erwachsene.
Weitere Risikofaktoren sind genetische Unterschiede in der Bevölkerung.
Darum können manche Bevölkerungsgruppen
stärker von schädlichen Nebenwirkungen betroffen sein.
Stellen Sie sich vor, mit den Zellen der verschiedenen Bevölkerungsgruppen
würden wir Chips nach Bevölkerungsgruppe herstellen.
Das könnte die Durchführung klinischer Studien dramatisch verändern.
Hier sehen Sie das Mitarbeiterteam.
Unsere Ingenieure, Zellbiologen und Klinikärzte arbeiten zusammen.
Hier am Wyss Institute sehen wir etwas Wunderbares --
das Zusammenwirken verschiedener Disziplinen.
Die Biologie beeinflusst das Design und die Entwicklung.
Das ist sehr spannend.
Wir bauen Kooperationen mit der Branche auf,
z. B. mit einem Unternehmen, das Know-how in digitaler Massenfertigung beisteuert.
Diese Firma wird uns helfen,
statt eines solchen Chips Millionen herzustellen,
damit wir sie möglichst vielen Forschern an die Hand geben können.
Nur so können wir das Potenzial dieser Technik voll ausschöpfen.
Jetzt möchte ich Ihnen unser Testinstrument zeigen.
Zurzeit bauen die Ingenieure
einen Prototyp dieses Instruments im Labor.
Das Gerät bietet uns Steuerungsmöglichkeiten.
Die brauchen wir, um 10 oder mehr Organchips miteinander zu verbinden.
Außerdem leistet es noch etwas sehr Wichtiges:
Es ist einfach zu bedienen.
Zellbiologen wie ich
nehmen einfach einen Chip und geben ihn in eine Kartusche,
wie bei dem Prototyp im Bild dort.
Ich schiebe die Kartusche ein, wie eine CD, und schon geht's los.
Plug-and-play. Ganz einfach.
Malen wir uns damit einmal die Zukunft aus.
Könnte ich Ihre Stammzellen nehmen und auf einen Chip bannen,
oder auch Ihre Stammzellen,
dann wäre das ein Chip für Sie ganz persönlich.
Wir alle in diesem Raum sind Individuen.
Und wegen unserer Individualität
können wir völlig unterschiedlich und unvorhersehbar auf Medikamente reagieren.
Ich selbst hatte vor einigen Jahren unerträgliche Kopfschmerzen.
Also probierte ich etwas Neues aus und nahm Advil [Ibuprofen].
15 Min. später war ich mit einem schweren Asthmaanfall unterwegs zur Notaufnahme.
Offensichtlich war es nicht tödlich.
Doch manche Nebenwirkungen von Medikamenten
können tatsächlich zum Tod führen.
Wie können wir das vermeiden?
Vielleicht gibt es eines Tages einen Geraldine-Chip,
einen Danielle-Chip und einen Chip für Sie.
Individualisierte Medizin. Vielen Dank.
(Applaus)