We have a global health challenge in our hands today, and that is that the way we currently discover and develop new drugs is too costly, takes far too long, and it fails more often than it succeeds. It really just isn't working, and that means that patients that badly need new therapies are not getting them, and diseases are going untreated. We seem to be spending more and more money. So for every billion dollars we spend in R&D, we're getting less drugs approved into the market. More money, less drugs. Hmm.
Tenemos un reto mundial relacionado con la salud en nuestras manos, hoy. Se trata de la manera como en la actualidad se descubren y se desarrollan nuevos medicamentos. Es demasiado costosa, toma muchísimo tiempo y lleva al fracaso la mayoría de las veces. Simplemente no funciona y eso quiere decir que los pacientes que necesitan con urgencia nuevos tratamientos, no los reciben. No se están tratando esas enfermedades. Parece que se está gastando más y más dinero. Por los miles de millones de dólares que se gastan en investigación y desarrollo, llegan al comercio cada vez menos medicamentos. Más dinero, menos medicamentos. Hmm.
So what's going on here? Well, there's a multitude of factors at play, but I think one of the key factors is that the tools that we currently have available to test whether a drug is going to work, whether it has efficacy, or whether it's going to be safe before we get it into human clinical trials, are failing us. They're not predicting what's going to happen in humans. And we have two main tools available at our disposal. They are cells in dishes and animal testing.
Entonces ¿qué está sucediendo? Bueno, hay una gran cantidad de factores en juego, pero creo que uno de los más importantes es que los instrumentos que tenemos en la actualidad para probar si una medicina va a funcionar, si va a ser eficaz, o si será bastante segura antes de llevarla a ensayos clínicos con humanos, nos están fallando. No predicen lo que va a suceder con los pacientes. Tenemos dos instrumentos principales a nuestra disposición. Son las células en cajas de Petri y los ensayos con animales.
Now let's talk about the first one, cells in dishes. So, cells are happily functioning in our bodies. We take them and rip them out of their native environment, throw them in one of these dishes, and expect them to work. Guess what. They don't. They don't like that environment because it's nothing like what they have in the body.
Hablemos del primero; células en cajas de Petri. Las células están felices trabajando en el cuerpo. Las tomamos y las arrancamos de su ambiente natural. Las arrojamos en uno de estas cajas y esperamos que funcionen igual. Adivinen qué. No funcionan. No les gusta el nuevo ambiente porque no es ni parecido a lo que tenían en el cuerpo.
What about animal testing? Well, animals do and can provide extremely useful information. They teach us about what happens in the complex organism. We learn more about the biology itself. However, more often than not, animal models fail to predict what will happen in humans when they're treated with a particular drug.
Y ¿qué pasa con los ensayos con animales? Bueno, los animales pueden proporcionar información supremamente útil, y así lo hacen. Nos enseñan lo que sucede en organismos complejos. Aprendemos más de la biología misma. Sin embargo, muy a menudo los modelos con animales no llegan a predecir lo que puede suceder en humanos al tratarlos con una medicina en particular.
So we need better tools. We need human cells, but we need to find a way to keep them happy outside the body.
Es decir, necesitamos mejores instrumentos. Necesitamos células humanas, pero tenemos que encontrar la manera de mantenerlas felices por fuera del cuerpo.
Our bodies are dynamic environments. We're in constant motion. Our cells experience that. They're in dynamic environments in our body. They're under constant mechanical forces. So if we want to make cells happy outside our bodies, we need to become cell architects. We need to design, build and engineer a home away from home for the cells.
Nuestro cuerpo es un ambiente dinámico. Estamos en constante movimiento. Las células lo perciben. Están en ambientes dinámicos dentro del cuerpo. Están sometidas a fuerzas mecánicas permanentemente. Si las queremos felices fuera del cuerpo, tenemos que volvernos arquitectos para células. Tenemos que diseñar, construir y armar un hogar fuera de su hogar, para las células.
And at the Wyss Institute, we've done just that. We call it an organ-on-a-chip. And I have one right here. It's beautiful, isn't it? But it's pretty incredible. Right here in my hand is a breathing, living human lung on a chip.
Eso es lo que hemos hecho en el instituto ViS. Lo llamamos, "órgano en un chip". Aquí mismo tengo uno. Hermoso, ¿cierto? Pero es realmente increíble. Aquí mismo en mi mano está respirando, vivo, este pulmón humano en un chip.
And it's not just beautiful. It can do a tremendous amount of things. We have living cells in that little chip, cells that are in a dynamic environment interacting with different cell types. There's been many people trying to grow cells in the lab. They've tried many different approaches. They've even tried to grow little mini-organs in the lab. We're not trying to do that here. We're simply trying to recreate in this tiny chip the smallest functional unit that represents the biochemistry, the function and the mechanical strain that the cells experience in our bodies. So how does it work? Let me show you. We use techniques from the computer chip manufacturing industry to make these structures at a scale relevant to both the cells and their environment. We have three fluidic channels. In the center, we have a porous, flexible membrane on which we can add human cells from, say, our lungs, and then underneath, they had capillary cells, the cells in our blood vessels. And we can then apply mechanical forces to the chip that stretch and contract the membrane, so the cells experience the same mechanical forces that they did when we breathe. And they experience them how they did in the body. There's air flowing through the top channel, and then we flow a liquid that contains nutrients through the blood channel. Now the chip is really beautiful, but what can we do with it? We can get incredible functionality inside these little chips. Let me show you. We could, for example, mimic infection, where we add bacterial cells into the lung. then we can add human white blood cells. White blood cells are our body's defense against bacterial invaders, and when they sense this inflammation due to infection, they will enter from the blood into the lung and engulf the bacteria. Well now you're going to see this happening live in an actual human lung on a chip. We've labeled the white blood cells so you can see them flowing through, and when they detect that infection, they begin to stick. They stick, and then they try to go into the lung side from blood channel. And you can see here, we can actually visualize a single white blood cell. It sticks, it wiggles its way through between the cell layers, through the pore, comes out on the other side of the membrane, and right there, it's going to engulf the bacteria labeled in green. In that tiny chip, you just witnessed one of the most fundamental responses our body has to an infection. It's the way we respond to -- an immune response. It's pretty exciting.
No es solo hermoso. Puede hacer muchísimas cosas. Tenemos células vivas en ese pequeño chip, en un ambiente dinámico, interactuando con otros tipos de células. Mucha gente ha tratado de cultivar células en el laboratorio. Han ensayado diferentes maneras. Incluso han tratado de cultivar pequeños mini-órganos en el laboratorio. Nosotros no estamos tratando de hacerlo. Simplemente tratamos de reproducir, en este pequeño chip, la unidad funcional más pequeña que representa la bioquímica, la función y las tensiones mecánicas que las células experimentan en el cuerpo. ¿Cómo funciona esto? Permítanme mostrarles. Usamos tecnología de la industria de chips para computadores para fabricar estas estructuras a escala que sean relevantes para las células y para el ambiente. Tenemos tres canales fluidos. En el centro hay una membrana porosa, flexible, a la que podemos añadirle células humanas, por ejemplo, de pulmón, y luego, por debajo, están las células capilares, de los vasos sanguíneos. Entonces podemos aplicar fuerzas mecánicas al chip para estirar y contraer la membrana, de tal forma que las células experimenten las mismas fuerzas que en el pulmón cuando respiramos. Las perciben igual que en el cuerpo humano. Fluye aire por el canal superior y luego hacemos circular un líquido con nutrientes por el canal sanguíneo. El chip es verdaderamente hermoso, pero ¿qué podemos hacer con él? Se puede tener una funcionalidad increíble dentro de estos pequeños chips. Voy a mostrarles. Por ejemplo, podríamos simular una infección, añadiendo unas células bacteriales al pulmón para luego añadirle glóbulos blancos humanos. Los glóbulos blancos son la defensa corporal contra las bacterias invasoras. Cuando sienten la inflamación producida por la infección, entran desde la sangre hasta el pulmón y engullen la bacteria. Ahora verán cómo sucede esto en vivo, en un pulmón humano en un chip. Hemos marcado los glóbulos blancos para que puedan ver cómo se mueven y cuando detectan la infección empiezan a pegarse. Se aglutinan y tratan de ir al lado del pulmón desde el canal de la sangre. Pueden ver aquí realmente un glóbulo blanco, solo. Se pega, se mueve para avanzar entre las capas de células, por uno de los poros, sale al otro lado de la membrana, y ahí mismo va a engullirse la bacteria, marcada en verde. Ya Uds. han sido testigos, en ese diminuto chip de una de las respuestas fundamentales que el cuerpo tiene ante una infección. Esta es la manera como reaccionamos... la respuesta inmunológica. Es bien emocionante.
Now I want to share this picture with you, not just because it's so beautiful, but because it tells us an enormous amount of information about what the cells are doing within the chips. It tells us that these cells from the small airways in our lungs, actually have these hairlike structures that you would expect to see in the lung. These structures are called cilia, and they actually move the mucus out of the lung. Yeah. Mucus. Yuck. But mucus is actually very important. Mucus traps particulates, viruses, potential allergens, and these little cilia move and clear the mucus out. When they get damaged, say, by cigarette smoke for example, they don't work properly, and they can't clear that mucus out. And that can lead to diseases such as bronchitis. Cilia and the clearance of mucus are also involved in awful diseases like cystic fibrosis. But now, with the functionality that we get in these chips, we can begin to look for potential new treatments.
Ahora compartiré esta foto con Uds., no solo porque es hermosa, sino porque nos da una gran cantidad de información sobre lo que las células hacen dentro de los chips. Nos están diciendo que en los pequeños conductos de los pulmones, están estas estructuras como pelitos, como pueden verse en el pulmón. Esas estructuras se llaman "cilios" y se encargan de retirar el moco del pulmón. Sí, moco. Ugh. Pero el moco es en realidad bien importante, porque atrapa partículas, virus, alergenos potenciales. Estos pequeños cilios se mueven y extraen el moco. Cuando se deterioran, por ejemplo, por el humo del cigarrillo, no funcionan bien y no logran eliminar el moco. Esto puede conducir a enfermedades como bronquitis. Los cilios y la extracción del moco tienen que ver con otras terribles enfermedades como la fibrosis quística. Pero ahora, con lo que hemos logrado con estos chips, podemos comenzar a buscar nuevos posibles tratamientos.
We didn't stop with the lung on a chip. We have a gut on a chip. You can see one right here. And we've put intestinal human cells in a gut on a chip, and they're under constant peristaltic motion, this trickling flow through the cells, and we can mimic many of the functions that you actually would expect to see in the human intestine. Now we can begin to create models of diseases such as irritable bowel syndrome. This is a disease that affects a large number of individuals. It's really debilitating, and there aren't really many good treatments for it.
No hemos parado ahí, con el pulmón en el chip. Tenemos un intestino en un chip. Aquí pueden verlo. Hemos colocado células de intestino humano en este chip. Están bajo constante movimiento peristáltico, con este flujo por goteo. Podemos simular muchas de las funciones que pueden verse en el intestino humano. Ahora podemos comenzar a crear modelos de enfermedades como el síndrome de colon irritable. Esta es una enfermedad que afecta a muchas personas. Es debilitante y en verdad no hay buenos tratamientos.
Now we have a whole pipeline of different organ chips that we are currently working on in our labs. Now, the true power of this technology, however, really comes from the fact that we can fluidically link them. There's fluid flowing across these cells, so we can begin to interconnect multiple different chips together to form what we call a virtual human on a chip. Now we're really getting excited. We're not going to ever recreate a whole human in these chips, but what our goal is is to be able to recreate sufficient functionality so that we can make better predictions of what's going to happen in humans. For example, now we can begin to explore what happens when we put a drug like an aerosol drug. Those of you like me who have asthma, when you take your inhaler, we can explore how that drug comes into your lungs, how it enters the body, how it might affect, say, your heart. Does it change the beating of your heart? Does it have a toxicity? Does it get cleared by the liver? Is it metabolized in the liver? Is it excreted in your kidneys? We can begin to study the dynamic response of the body to a drug.
Ahora tenemos toda una gran fuente de diversos chips de órganos actualmente funcionando en el laboratorio. La verdadera fuerza de esta tecnología, sin embargo, realmente viene de la posibilidad de acoplarlos de manera fluida. Hay un líquido que circula por estas células por lo que podemos comenzar a interconectar muchos chips diferentes para conformar lo que llamamos un "humano virtual en un chip". Esto nos emociona. Jamás vamos a recrear todo un cuerpo humano en estos chips, pero nuestro propósito es poder llegar a una suficiente funcionalidad como para hacer mejores predicciones de lo que puede suceder en humanos de verdad. Por ejemplo, podemos comenzar a explorar lo que pasa cuando ponemos una medicina en aerosol. Algunos de Uds. que tienen asma como yo, tienen que usar inhaladores. Se puede ahora examinar cómo opera ese medicamento en los pulmones, cómo entra al cuerpo y cómo puede afectar el corazón, por ejemplo. ¿Podrá cambiar el ritmo del corazón? ¿Será tóxico? ¿Sera filtrado por el hígado? ¿Se metabolizará en el hígado? ¿Se eliminará en los riñones? Podremos comenzar a estudiar la respuesta dinámica del cuerpo ante cierta medicina.
This could really revolutionize and be a game changer for not only the pharmaceutical industry, but a whole host of different industries, including the cosmetics industry. We can potentially use the skin on a chip that we're currently developing in the lab to test whether the ingredients in those products that you're using are actually safe to put on your skin without the need for animal testing. We could test the safety of chemicals that we are exposed to on a daily basis in our environment, such as chemicals in regular household cleaners. We could also use the organs on chips for applications in bioterrorism or radiation exposure. We could use them to learn more about diseases such as ebola or other deadly diseases such as SARS.
Esto podrá causar una revolución y cambiar las reglas del juego, no solo en la industria farmacéutica, sino en una cantidad de otras industrias, incluida la de los cosméticos. Es posible que podamos usar piel en un chip que estamos desarrollando en el laboratorio, ahora, para probar si los ingredientes de los productos que están en uso en la actualidad, son suficientemente seguros para la piel sin necesidad de hacer ensayos en animales. Podemos investigar la seguridad de los productos químicos a los que nos exponemos diariamente en el ambiente, tales como los que están en detergentes comunes para el hogar. Podremos usar esos órganos en chips para aplicaciones en bioterrorismo o exposición a la radiación. Podemos usarlos para conocer más de enfermedades como el ébola o algunas otras mortales como el SARS (síndrome respiratorio agudo severo),
Organs on chips could also change the way we do clinical trials in the future. Right now, the average participant in a clinical trial is that: average. Tends to be middle aged, tends to be female. You won't find many clinical trials in which children are involved, yet every day, we give children medications, and the only safety data we have on that drug is one that we obtained from adults. Children are not adults. They may not respond in the same way adults do. There are other things like genetic differences in populations that may lead to at-risk populations that are at risk of having an adverse drug reaction. Now imagine if we could take cells from all those different populations, put them on chips, and create populations on a chip. This could really change the way we do clinical trials. And this is the team and the people that are doing this. We have engineers, we have cell biologists, we have clinicians, all working together. We're really seeing something quite incredible at the Wyss Institute. It's really a convergence of disciplines, where biology is influencing the way we design, the way we engineer, the way we build. It's pretty exciting.
Los órganos en chips pueden cambiar la manera de hacer ensayos clínicos en el futuro. En la actualidad, el participante promedio en un ensayo clínico es eso mismo; promedio. La tendencia es que tenga edad media, que sea mujer. No se encuentran muchos estudios clínicos en los que se incluyan niños, y sin embargo les damos medicinas a los niños todo el tiempo, solo con información de seguridad sobre sus efectos en adultos. Los niños no son adultos. Pueden no responder de la misma manera que los adultos. Hay otros aspectos, como las diferencias genéticas en poblaciones, que pueden llevar a situaciones de riesgo en ciertos grupos o que podrían llevar a reacciones adversas. Pueden imaginarse que tomamos células de esos diferentes grupos poblacionales, las ponemos en chips, y obtenemos poblaciones en chips. Esto puede verdaderamente cambiar la manera de hacer pruebas clínicas. Este es el grupo de personas que están haciendo todo esto. Tenemos ingenieros, biólogos celulares, médicos clínicos, todos trabajando en equipo. Estamos presenciando algo realmente increíble en el Instituto ViS. Es una verdadera convergencia de disciplinas, en la que la biología está influenciando nuestra manera de diseñar, de planificar, de construir. Es bien emocionante.
We're establishing important industry collaborations such as the one we have with a company that has expertise in large-scale digital manufacturing. They're going to help us make, instead of one of these, millions of these chips, so that we can get them into the hands of as many researchers as possible. And this is key to the potential of that technology.
Estamos estableciendo importantes colaboraciones con industrias, tales como la que tenemos con una compañía experta en fabricación digital a gran escala. Nos van a ayudar a hacer, no uno de estos, sino millones de estos chips, para ponerlos en manos de tantos investigadores como sea posible. Esta es la clave del potencial de esta tecnología.
Now let me show you our instrument. This is an instrument that our engineers are actually prototyping right now in the lab, and this instrument is going to give us the engineering controls that we're going to require in order to link 10 or more organ chips together. It does something else that's very important. It creates an easy user interface. So a cell biologist like me can come in, take a chip, put it in a cartridge like the prototype you see there, put the cartridge into the machine just like you would a C.D., and away you go. Plug and play. Easy.
Permítanme que les muestre nuestro instrumento. Este es el instrumento que nuestros ingenieros van a producir en forma de prototipo en el laboratorio, que nos va a proporcionar los controles técnicos necesarios para interconectar 10 o más órganos en chips. También puede hacer algo más, muy importante. Creará una interfaz de fácil uso para el usuario. De modo que un biólogo celular como yo, puede entrar, tomar un chip, ponerlo en un cartucho, como el prototipo que aquí vemos, poner el cartucho en la máquina, como si fuera un disco CD, y ¡listo! Plug and play. Así no más,
Now, let's imagine a little bit what the future might look like if I could take your stem cells and put them on a chip, or your stem cells and put them on a chip. It would be a personalized chip just for you.
Ahora imaginemos brevemente lo que se verá en el futuro si se logra tomar células madre y se colocan en un chip, tus células madre en un chip. Sería un chip personalizado solo tuyo.
Now all of us in here are individuals, and those individual differences mean that we could react very differently and sometimes in unpredictable ways to drugs. I myself, a couple of years back, had a really bad headache, just couldn't shake it, thought, "Well, I'll try something different." I took some Advil. Fifteen minutes later, I was on my way to the emergency room with a full-blown asthma attack. Now, obviously it wasn't fatal, but unfortunately, some of these adverse drug reactions can be fatal.
Todos nosotros, aquí, somos individuos, con diferencias importantes que implican que podemos reaccionar de distintas maneras y algunas veces de forma impredecible, ante ciertas medicinas. Yo misma, hace un par de años, tuve un dolor cabeza muy fuerte, que no podía quitármelo. Pensé, "Bien, probaré algo diferente". Tomé Advil y quince minutos después, iba en camino a la sala de emergencias con un tremendo ataque de asma. Bueno, obviamente no fue fatal. Pero desafortunadamente, algunos casos de reacciones negativas a los medicamentos, pueden ser fatales.
So how do we prevent them? Well, we could imagine one day having Geraldine on a chip, having Danielle on a chip, having you on a chip.
¿Cómo los podemos prevenir? Bueno, podemos pensar en que algún día tengamos a Geraldine en un chip, a Danielle en un chip, a Ud. en un chip.
Personalized medicine. Thank you.
Medicina personalizada. Gracias.
(Applause)
(Aplausos)