Çip Üzerinde Organ

Herhangi bir hastalığa yeni bir ilaç, yeni bir tedavi hayal etmek nispeten daha kolay. Zor kısmı ise, aslında, onu denemek, ve bu deneyler umut vaat eden yeni tedavileri yıllarca geciktirebiliyor. İyi anlatılmış bu konuşmada Geraldine Hamilton, çalıştığı laboratuvarda nasıl yeni tedavilerin -- hatta tek bir kişiye özel tedavilerin -- sınanması için gerekli tüm parçaları içeren basit yapılar olan çip üzerinde organlar oluşturduklarını gösteriyor. (TEDxBoston'da çekilmiştir)

Küresel bir sağlık sıkıntısı

yaşadağımız günlerdeyiz.

Yani şu anda, yeni ilaçların

keşfi ve geliştirilmesi

hem çok masraflı, hem çok uzun sürüyor,

çoğunlukla da kazandırdığından çok kaybettiriyor.

Bu yöntem gerçekten, gerçekten işe yaramıyor.

Yani yeni tedavi yöntemlerine muhtaç hastalar,

buna kavuşamıyor,

hastalıklara çare bulunamıyor.

Görünüşe bakılırsa, giderek daha fazla para harcıyoruz.

Ar-Ge çalışmalarına harcadığımız her bir milyar dolarda,

daha az ilaca onay alıp, satışa çıkarabiliyoruz.

Daha fazla masraf, daha az ilaç.

Peki bütün bunların sebebi ne?

Aslında, işin içinde birçok sebep var.

Ama bence başlıca etkenlerden biri,

bir ilacı insan üstünde denemeden önce

ilacın işe yarayıp yaramayacağını,

etkisinin ne kadar olduğunu

veya ne kadar güvenli olduğunu

saptamak için kullandığımız araçların

bizi yarı yolda bırakması.

İlacın insan üzerinde ne etki yapacağını öngöremiyorlar.

Kullanmakta olduğumuz iki temel

aracımız var.

Birisi kaplardaki hücrelerimiz,
öteki ise hayvanlar üstünde deneyler.

İlkinden başlayalım, kaplardaki hücrelerimiz.

Şimdi, hücrelerimiz vücudumuzda mutlu mutlu çalışıyorlardı.

Onları aldık,

doğal ortamlarından söktük ve bu kaplara sürdük.

Ve çalışmalarını bekledik.

Tahmin edin ne oldu? Çalışmadılar.

Böyle ortamları sevmiyorlar.

Çünkü oranın insan vücudundaki yerleriyle

uzaktan yakından alakası yok.

Peki ya hayvanlar üstünde yapılan deneyler?

Hayvanlar son derece yararlı

bilgiler sağlayabilir ve sağlıyor da.

Karmaşık bir organizmada

neler olacağını gösteriyorlar.

Biyolojinin kendisini daha iyi anlıyoruz.

Bununla beraber, çoğu kez,

hayvan modeller, belirli bir ilaç tedavisinde

insanlarda oluşacak durumu öngörmede
başarısız oluyor.

Yani daha iyi araçlara ihtiyacımız var.

Bize insan hücreleri lazım,

ama onları insan vücudunun dışında mutlu etmenin

bir yolunu bulmalıyız.

Bizim vücutlarımız dinamik ortamlar.

Sürekli hareket halindeyiz.

Hücrelerimiz buna alışıklar.

Vücudumuzdaki dinamik ortamda yaşıyorlar.

Sürekli bir mekanik kuvvet altındalar.

Yani, eğer hücrelerimizi

vücut dışında da mutlu etmek istiyorsak

hücre mimarları olmak zorundayız.

Hücrelerimize evlerini aratmayacak bir ev

tasarlamalı, inşa etmeli ve mühendisliğini yapmalıyız.

Biz Wyss Enstitüsü'nde

tam bunu yaptık.

Bunun adına "çip üstünde organ" diyoruz.

İşte burada bunlardan biri var.

Çok güzel değil mi?
Ama oldukça da inanılmaz.

Tam burada, avucumda nefes alan, yaşayan

bir akciğer, çipin üzerinde.

Ve sadece güzel de değil.

Muazzam miktarda iş görebiliyor.

Bu ufacık çipin içinde yaşayan hücreler var,

dinamik bir ortamda bulunan ve

farklı hücre türleri ile etkileşimde olan hücreler.

Daha önce birçok insan,

laboratuvarda hücre yetiştirmeye çalıştı.

Birçok farklı yöntemler denediler.

Laboratuvarda ufak organlar
yetiştirmeye bile teşebbüs ettiler.

Biz burada buna uğraşmıyoruz.

Biz sadece burada

bu ufacık çipte

biyokimyayı temsil eden

en küçük işlevsel birimi oluşturmaya çalışıyoruz.

Hücrelerin vücudumuzda maruz kaldığı etkileri ve

mekanik zorlanmayı canlandırmaya çalışıyoruz.

Peki bu nasıl işliyor? Size göstereyim.

Bilgisayar çipi üretim sanayisinde

kullanılan tekniklerle

hem hücrelerin hem de ortamlarının

boyutlarına uygun yapılar yapmaya uğraşıyoruz.

3 tane akışkan sıvı kanalımız var.

Merkezde ise bir porumuz yani esnek bir zarımız var.

Zarın üstüne hücrelerimizi

mesela, akciğer hücreleri diyelim, koyabiliyoruz.

Onların aşağısında da kılcal hücreler var,

kan damarlarımızdaki hücreler.

Daha sonra ise çipe,

zarı esneten ve kasan

mekanik kuvvetleri uygulayabiliyoruz.

Bu sayede hücreler, solunum sırasında oluşan

mekanik kuvvetleri tıpkı vücut üzerindeki gibi yaşıyorlar.

Tepe kanaldan bir hava akışına ve

kan kanalından da besin içerikli

bir sıvı akışına sahipler.

Şimdi, çip gerçekten güzel,

peki bununla neler yapabiliriz?

Bu ufacık çiplerin içinde

inanılmaz bir işlevsellik bulabiliriz.

İzin verin göstereyim.

Mesela, enfeksiyon taklidi yapabiliriz.

Akciğerciğimize bakteri hücreleri koyarız,

daha sonra da akyuvarlarımızı yerleştiririz.

Akyuvarlarımız, vücudumuza bakteri saldırısı durumunda

vücudumuzun savunucularıdır.

Ve eğer enfeksiyona bağlı olarak
bir iltihapla karşılaşırlarsa

kandan akciğere geçer

ve bakterileri yutarlar.

Şimdi bunun gerçekleşmesini, canlı olarak,

çip üzerindeki gerçek bir insan akciğerinde göreceksiniz.

İçeride akmaya başlayan akyuvar
hücrelerini siz görebilesiniz diye etiketledik.

Akyuvarlar enfeksiyonu farkettiklerinde

kenarlara yapışmaya başlayacaklar.

Yapışacaklar ve akciğere kan kanalının kenarlarından

girmeye çalışacaklar.

İşte burada gördüğünüz gibi, biz tek bir akyuvar hücresini

gerçekten de görüntüleyebiliyoruz.

Yapışıyor ve kıvrıla kıvrıla yolunu buluyor.

Hücre katmanlarından ve porlardan geçerek,

en sonunda zarın öbür tarafından çıkıyor.

Tam da orada bakteriyi, yeşil ile işaretlenmiş olan

bakteriyi yutuyor.

Az önce, şu küçücük çipte,

vücudumuzun enfeksiyona gösterdiği

en temel tepkilerden birine tanık oldunuz.

İşte tepkimiz böyle oluyor -- bir bağışıklık tepkisi.

Epey heyecan verici.

Şimdi, sizinle bir resim paylaşmak istiyorum.

Sadece çok güzel olduğu için değil,

aynı zamanda hücrelerimizin
çiplerin içinde nelerle uğraştığı

hakkında muazzam bir bilgi kaynağı olduğu için.

Bu resim, bir akciğerdeki

ufak hava kanallarının içinde

gerçekten de tam beklediğimiz gibi

kıl benzeri yapıların bulunduğunu gösteriyor.

Cilia (tüycükler) adı verilen bu yapılar

aslında mukusu akciğerden dışarıya taşıyor.

Evet. Mukus. Iyy!

Ama aslında mukus epey önemlidir.

Mukus partikülleri, virüsleri,

olası alerjenleri temizler.

Ve bu ufacık cilia hareket ederek

mukusu dışarı taşır.

Ama mesela, zarar gördüklerinde;

diyelim ki sigara dumanından,

doğru düzgün çalışamazlar
ve mukusu tamamıyla dışarı atamazlar.

Ve bu da, bronşit gibi hastalıklara sebep olur.

Cilia ve mukusun temizlenememesi

kistik fibrozis (mukus yoğunlaşması) gibi
başka berbat hastalıklara da sebep olabilir.

Ama şimdi, bu çiplerden elde
ettiğimiz yeni fonksiyonlarla

daha farklı tedavi yöntemlerine de

başvurabiliriz.

Çip üzerine akciğer yerleştirmekle kalmadık,

çipin üzerine bağırsak da yerleştirdik.

Hemen burada bir tane var.

İnsan bağırsak hücrelerini buraya yerleştirdik.

Çip üstündeki bağırsağımızda

sürekli bir peristaltik hareket yani

dalgalanma içerisindeler.

Bu sayede bir insan bağırsağında

gerçekleşmesini bekleyebileceğiniz

bütün işlevleri taklit edebiliyoruz.

Şimdi bazı hastalıkların modelini oluşturabiliriz.

Örneğin, Rahatsız Edici Bağırsak Sendromu.

Çok sayıda insanı etkileyen

bir rahatsızlık bu.

Gerçekten güçten düşürücü bir hastalık

ve gerçekten iyi olan bir tedavisi yok.

Laboratuvarlarımızda, şu anda

birbirlerine bağlı olarak çalışan

değişik organ çiplerine sahibiz.

Aslında bütün bu teknolojinin asıl gücü,

bizim bu çipleri akışkanlar yoluyla

birbirine bağlayabilmemizden geliyor.

Bu hücrelerin içinde akan sıvı sayesinde

artık çok sayıda farklı çipi birbirine bağlayabiliyor

ve böylece, çip üzerinde sanal insan

olarak adlandırdığımız yapıyı oluşturabiliyoruz.

Buradan itibaren iyice heyecanlı oluyor.

Hiç bir zaman bu çiplerin üzerinde
tam bir insan oluşturmayacağız,

fakat amacımız şu ki, insanlar üzerinde

ne olacağına dair daha iyi öngörü yapmamızı

sağlamaya yetecek ölçüde işlevselliği

elde edebilmek istiyoruz.

Örnek olarak, artık insan vücuduna

aerosol (gaz) ilaçlar verildiğinde
ne olacağını keşfedebiliriz.

Benim gibi astımı olanlar varsa,
solunum aleti kullandığınızda

ilacın akciğere nasıl girdiğini,

vücuda girişini ve örneğin kalbi

nasıl etkilediğini görebiliyoruz.

Kalbinizin atışını değiştiriyor mu?

Zehirli etkileri var mı?

Karaciğer bunu temizleyebiliyor mu?

Karaciğerde mi kalıyor?

Böbreklerden mi atılıyor?

Artık vücudun bir ilaca karşı gösterdiği

dinamik tepkiyi araştırabiliyoruz.

Bu gerçekten de hem ilaç endüstrisinde,

hem de kozmetik sektörünün de aralarında olduğu

pek çok farklı endüstride,

devrim yaratabilir ve

kuralları yeniden yazabilir.

Potansiyel olarak, şu anda laboratuvarda

geliştirmekte olduğumuz "çip üstünde cilt"

projemizle, o ürünlerin içindekilerin,

hayvanlar üzerinde test yapmadan,
gerçekten de derinize herhangi bir

zararı olup olmadığını ölçebileceğiz.

Günlük hayat düşünüldüğünde,

sürekli olarak maruz kaldığımız kimyasalların,

örneğin temizlik malzemelerindeki kimyasalların

güvenliğini ölçebileceğiz.

Çiplerin üstündeki organları aynı zamanda

biyolojik terör uygulamalarında veya

radyasyona maruz kalındığında kullanabileceğiz.

Bu çipleri, ebola gibi hastalıklar veya

SARS gibi başka ölümcül hastalıklar hakkında

daha çok şey öğrenebilmek için kullanabiliriz.

Gelecekte bu organ çipleri

klinik denemelerin yapılışını da değiştirebilir.

Şu anda klinik denemelerde kullanılan

ortalama birey: ortalama.

Genelde orta yaşlı ve genelde kadın.

Çocukları içeren çok da

fazla klinik denemeyle karşılaşmazsınız.

Ama yine de, her gün çocuklara reçete yazıyoruz.

Elimizdeki tek deneme verisi ise,

yetişkin insanlardan elde ettiğimiz.

Çocuklar yetişkin değillerdir.

Yetişkinlerin verdiği tepkileri vermeyebilirler.

Topluluklar arasındaki genetik farklar gibi

başka faktörler de olabilir.

İlaca ters tepki veren

risk altında topluluklar olabilir.

Şimdi, bütün bu topluluklardan
hücre örnekleri aldığımızı ve bunları

çiplere yerleştirdiğimizi hayal edin.

"Çip üstünde toplum" yaptığımızı düşünün.

Bu durum, klinik denemelerimizin yapılma şeklini

gerçekten de değiştirebilir.

İşte bunu gerçekleştiren insanlar, bu takım.

Mühendislerimiz var, hücre biyologlarımız var,

klinik tedavi uzmanlarımız var; hep beraber çalışıyorlar.

Wyss Enstitüsünde gerçekten de

inanılmaz bir şeye tanık oluyoruz.

Bu, bilim dallarının kucaklaşması gibi bir şey.

Biyolojinin tasarımlarımızı, mühendisliğimizi,

inşa edişimizi etkilemesi gibi.

Oldukça heyecan verici.

Önemli sanayi işbirlikleri oluşturuyoruz.

Mesela size geniş çapta dijital üretim

yapmada uzmanlaşmış
bir şirketi örnek gösterebilirim.

Bize bu çiplerden,

bu elimde gördüğünüz bir tanesi gibi,

milyonlarca üretilmesini sağlayacaklar ki;

biz bunları ulaştırabileceğimiz en fazla

araştırmacıya ulaştırabilelim.

O teknolojinin potansiyelinin anahtarı işte burada.

Şimdi, izin verin size aletimizi göstereyim.

Bu gördüğünüz alet şu anda laboratuvarımızda

gerçekten de prototipi yapılan bir şey.

Bu aletin bize sağlayacağı şey ise,

10 veya daha fazla çipi bağlamak için

gereken mühendislik kontrollerini yapmak olacak.

Aynı zamanda çok önemli bir iş daha yapıyor.

Kolay bir kullanıcı arayüzü oluşturuyor.

Bu sayede, benim gibi bir hücre biyoloğu gelip,

bir çip alıp, bu gördüğünüz prototip gibi

bir kartuşun içine koyup,

tıpkı bir CD gibi

kartuşu makineye yerleştirebilir.

İşiniz bu kadar.

Tak ve oyna. Basit.

Şimdi, biraz da gelecekte olabilecekleri

hayal edelim.

Eğer sizin kök hücrelerinizi alıp

bir çipin içine yerleştirsem,

veya sizin kök hücrelerinizi bir çipe yerleştirsem.

Tamamen size özel bir çip olurdu.

Şimdi, burada hepimiz farklı birer bireyiz.

Bu bireysel farklılıkların anlamı,

ilaçlara vereceğimiz tepkilerin çok çeşitli,

hatta bazen öngörülemez türde olacağıdır.

Benim bir kaç yıl önce şiddetli baş ağrılarım vardı.

Başımı kaldıramıyordum ve "başka bir şey deneyeceğim" dedim.

Advil aldım. 15 dakika sonra,

bütün gücüyle saldırmış bir astım kriziyle

acile doğru gidiyordum.

Şimdi, gördüğünüz gibi, ölümcül değildi.

Ama maalesef, bazıları için

ters ilaç tepkimeleri ölümcül olabiliyor.

Peki bunları önleyebilmek için neler yapabiliriz?

Mesela, bir gelecek hayal edebiliriz;

Geraldine'in bir çipte olduğu,

Danielle'nin bir çipte olduğu,

sizin çipte olduğunuz bir gelecek.

Kişiselleştirilmiş ilaçlar. Teşekkür ederim.

(Alkışlar)