Vaše telo na mikročipu | Džeraldin Hamilton (Geraldine Hamilton) | TEDxBoston

Razvoj novih lekova je problematičan zato što laboratorije ne mogu da naprave repliku okruženja ljudskog tela, zbog čega je teško odrediti kako će pacijenti reagovati na terapiju. Na TEDxBoston, Džeraldin Hamilton prikazuje kako naučnici mogu da usade žive ljudske ćelije na mikročipove koji imitiraju okruženje ljudskog tela. Ovi organi na čipu mogu se koristiti da se ispituje toksičnost lekova, pronađu moguće nove terapije, i mogli bi dovesti do bezbednijih kliničkih ispitivanja.

Danas u svojim rukama
imamo globalni zdravstveni izazov,

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.
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 dođe do kliničkih 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.

Pre nego što vam kažem
kako mi to radimo,

hajde da uradimo jednu vežbu zajedno.

U redu. Svi zatvorite oči,

hajde, i vi nazad, koje ne vidim,
zatvorite oči,

uradiću ovo sa vama.

Sada duboko udahnite i izdahnite,

i ponovo udahnite i izdahnite.

Sada osetite otkucaje svog srca,

kako pumpa krv kroz vaša tela.

Sada se promeškoljite u sedištima

mrdajte se malo,
sedite već neko vreme.

U redu, otvorite oči.

Osim što je to zabavna vežba
koja je dobra za opuštanje,

pomaže da se ilustruje da su naša tela
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?

Kada postavim ovo pitanje,
to obično pokrene dosta ideja.

Neki od kolega TEDx govornika
predložili su

da od njih pravimo nakit.

(Smeh)

Mislim da bi ogrlica tipa
"pluća na čipu" izgledala baš lepo.

Ali radi i dosta više od toga.

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 je skoro kao umetnost.

Kao ćelijski biolog, mogla bih
da gledam ovakve slike ceo dan.

Ali želela sam da je podelim sa vama,

ne samo zato što je prelepa,

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 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.

Koliko vas na sebi ima karmin?

Ili je koristilo sapun
pod tušem ovog jutra?

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 izloženosti radijaciji.

Možemo da ih koristimo da naučimo više
o bolestima kao što je ebola

ili drugim smrtnim bolestima
kao što je SARS.

A zašto su korisni?

Zato što ne možete da pitate volontera
u kliničkom istraživanju:

"Hajde da te dobro izložim radijaciji

pa da vidim da li moj novi lek
zapravo može da popravi štetu".

To se prosto neće desiti.

Ali organi na čipu nude nove mogućnosti.

Šta je sa kliničkim ispitivanjima?

Organi na čipu bi mogli da promene

klinička ispitivanja u budućnosti.

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.

Pričala sam vam

o neverovatnom poslu
i neverovatnoj tehnologiji.

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 se spajaju biologija i inženjerstvo,

gde biologija utiče na način
na koji dizajniramo,

kreiramo i gradimo.

Veoma uzbudljivo i dešava se
upravo ovde u Bostonu.

I to je prilično kul jer u Bostonu
lako možemo da sarađujemo

sa dosta akademskih institucija,
bolnica i grana privrede.

I mi radimo upravo to.

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 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
i 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 Danijelu na čipu, vas na čipu.

Personalizovana medicina.

Hvala.

(Aplauz)