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.
Nous sommes actuellement confrontés à un défi mondial pour la santé, qui est que la façon dont nous découvrons et développons de nouveaux médicaments est trop coûteuse, prend beaucoup trop de temps, et échoue plus souvent qu'elle ne réussit. Ça ne marche pas bien du tout, et cela signifie que les patients qui ont vraiment besoin de nouvelles thérapies ne les reçoivent pas, et que les maladies ne sont pas traitées. On dirait que nous dépensons de plus en plus d'argent. Pour chaque milliard de dollars dépensés dans la recherche et le développement, nous mettons de moins en moins de médicaments approuvés sur le marché. Plus d'argent, moins de médicaments...
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.
Alors que se passe-il ? Eh bien, il y a une multitude de facteurs qui entrent en jeu, mais je pense que l'un des facteurs clés est que les outils dont nous disposons actuellement pour vérifier si un médicament va marcher, s'il sera efficace, ou s'il sera sans danger, avant d'entamer les essais cliniques humains, nous font défaut. Ils ne prédisent pas ce qui se passera chez un humain. Nous avons deux principaux outils à notre disposition. Ce sont les cultures cellulaires et les tests sur les animaux.
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.
Parlons tout d'abord des cultures cellulaires. Voilà donc des cellules qui fonctionnent bien dans notre corps. Nous les prenons et les arrachons à leur environnement naturel, nous les jetons dans ces boîtes de Petri, et nous espérons que ça fonctionne. Devinez quoi ? Ça ne marche pas. Elles n'aiment pas cet environnement parce qu'il ne ressemble en rien à celui du corps humain.
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.
Qu'en est-il de l'expérimentation animale ? Eh bien, les animaux fournissent des informations extrêmement utiles. Ils nous permettent de comprendre ce qui se passe dans un organisme complexe. Nous en apprenons plus sur la biologie elle-même. Cependant, le plus souvent, le modèle animal ne réussit pas à prédire ce qui se passera chez l'homme une fois traité avec un médicament particulier.
So we need better tools. We need human cells, but we need to find a way to keep them happy outside the body.
Nous avons donc besoin de meilleurs outils. Nous avons besoin de cellules humaines, mais nous devons trouver un moyen de les rendre heureuses à l'extérieur du corps humain.
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.
Nos corps sont des environnements dynamiques. Nous sommes constamment en mouvement. Nos cellules le ressentent. Elles sont dans un environnement dynamique à l’intérieur de notre corps. Elles sont constamment soumises à des forces mécaniques. Donc, si nous voulons que les cellules soient heureuses à l’extérieur de nos corps, nous devons devenir des architectes cellulaires. Nous devons concevoir, construire et développer pour les cellules un foyer loin de chez elles.
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.
Et, à l'institut Wyss, c'est exactement ce que nous avons fait. Nous appelons cela un organe-sur-une-puce. Et j'en ai un juste ici. C'est beau, n'est-ce pas ? Mais c'est assez incroyable. Je tiens là, dans ma main, un poumon humain qui respire et qui vit sur une puce.
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.
Et ce n'est pas seulement magnifique. Ça peut faire une énorme quantité de choses. Nous avons des cellules vivantes dans cette petite puce, des cellules qui sont dans un environnement dynamique et qui interagissent avec différents types de cellules. Beaucoup de gens ont essayé de cultiver des cellules en laboratoire. Ils ont tenté toutes sortes d'approches différentes. Ils ont même essayé de cultiver de petits mini-organes en laboratoire. Ce n'est pas ce que nous essayons de faire ici. Nous essayons simplement de recréer dans cette petite puce la plus petite unité fonctionnelle qui reproduise la biochimie, les fonctions et les contraintes mécaniques que les cellules connaissent dans nos corps. Alors, comment ça marche ? Permettez-moi de vous montrer. Nous utilisons les techniques de l'industrie des puces informatiques pour fabriquer ces structures à une échelle qui convienne à la fois pour les cellules et leur environnement. Nous avons trois canaux qui distribuent des fluides. Au centre, nous avons une membrane poreuse souple, sur laquelle nous pouvons ajouter des cellules humaines, venant de nos poumons, par exemple, puis en dessous, nous avons des cellules capillaires, les cellules de nos vaisseaux sanguins. Et nous pouvons alors appliquer des forces mécaniques à la puce qui étendent et contractent la membrane, de sorte que les cellules subissent les mêmes forces mécaniques que lorsque nous respirons. Elles les ressentent de la même façon que dans le corps. Il y a de l'air qui passe dans le canal supérieur, puis nous faisons circuler un liquide qui contient des nutriments par le canal sanguin. Cette puce est vraiment magnifique, mais qu'est-ce qu'on peut en faire ? Il y a d'incroyables possibilités dans ces petites puces. Laissez-moi vous montrer. Nous pourrions, par exemple, simuler une infection en ajoutant des cellules bactériennes dans le poumon, et ensuite des globules blancs. Les globules blancs sont les défenses de notre corps contre les invasions bactériennes, et quand ils perçoivent l'inflammation due à l'infection, ils passent du sang aux poumons et dévorent les bactéries. Eh bien, vous allez voir en direct ce qui se passe dans un vrai poumon humain sur une puce. Nous avons coloré les globules blancs, de sorte que vous puissiez les voir passer. Lorsqu'ils détectent l'infection, ils commencent à s’agglutiner, puis essaient de passer du canal sanguin vers le côté du poumon. Et, comme vous le voyez ici, on peut visualiser un globule blanc. Il se fixe, se faufile entre les couches des cellules, à travers le pore, ressort de l'autre côté de la membrane, et là, il va dévorer les bactéries colorées en vert. Sur cette petite puce, vous venez de visualiser l'une des réponses les plus fondamentales de notre corps face à une infection. C'est la façon par laquelle on réagit : notre réponse immunitaire. C'est vraiment enthousiasmant.
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.
Je veux vous faire partager cette photo, non seulement parce qu'elle est belle, mais parce qu'elle nous fournit une énorme quantité d'informations sur ce que les cellules font dans les puces. Elle nous montre que ces cellules qui viennent des petites voies aériennes de nos poumons ont développé ces structures semblables à des poils que l'on voit dans les poumons. Ces structures sont appelées cils, et elles expulsent le mucus hors des poumons. Oui. Le mucus. Beurk. Mais le mucus est en fait très important. Le mucus piège des particules, des virus, des allergènes potentiels, et ces petits cils expulsent le mucus à l’extérieur. Quand ils sont endommagés, par exemple par la fumée de cigarette, ils ne fonctionnent pas correctement, et ne peuvent pas expulser le mucus. Cela peut conduire à des maladies telles que la bronchite. Les cils et l'élimination du mucus sont également impliqués dans de terribles maladies comme la fibrose kystique. Mais maintenant, avec les possibilités que nous donnent ces puces, nous pouvons commencer à chercher de nouveaux traitements potentiels.
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.
Nous ne nous sommes pas arrêtés avec le poumon sur une puce. Nous avons un intestin sur une puce. Vous pouvez en voir un ici. Nous avons mis des cellules intestinales humaines dans un boyau sur une puce. Ils sont soumis à un mouvement péristaltique constant, un flux s’écoule à travers les cellules, et on peut simuler beaucoup des fonctions qui se déroulent dans l'intestin humain. Nous pouvons maintenant commencer à créer des modèles de maladies, telles que le syndrome du côlon irritable. Il s'agit d'une maladie qui affecte un grand nombre de personnes. Elle est extrêmement invalidante, et il n'existe pas vraiment de bon traitement.
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.
Nous avons actuellement une série de différentes puces d'organes sur lesquelles nous travaillons dans nos laboratoires. Cependant, la véritable puissance de cette technologie se trouve en réalité dans le fait que nous pouvons les relier par les fluides. Il y a des fluidse qui circulent dans ces cellules, on peut donc interconnecter différentes puces ensemble, pour réaliser ce que l'on appelle un humain virtuel sur une puce. Nous en arrivons à la partie la plus excitante. Nous n'allons jamais recréer un être humain complet sur ces puces, mais notre but est d'être en mesure de recréer suffisamment de fonctionnalités pour pouvoir faire de meilleures prédictions sur ce qui passera dans le corps humain. Par exemple, nous pouvons maintenant commencer à étudier ce qui se passe lorsqu'on utilise un médicament administré en aérosol. Si, comme moi, vous souffrez d'asthme, quand vous prenez votre inhalateur, nous pouvons étudier la façon dont ce médicament va dans vos poumons, comment il pénètre dans le corps, comment il pourrait affecter, par exemple, votre cœur. Modifie-t-il le battement de votre cœur ? Est-il toxique ? Est-il éliminé par le foie ? Est-il métabolisé dans le foie ? Est-il excrété dans vos reins ? Nous pouvons commencer à étudier la réponse dynamique de l'organisme à un médicament.
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.
Cela pourrait vraiment être une révolution et changer toute la donne, non seulement pour l'industrie pharmaceutique, mais aussi pour bon nombre d'autres industries, dont l'industrie cosmétique. Nous pourrions éventuellement utiliser la peau sur une puce que nous sommes en train de développer au laboratoire pour tester si les ingrédients de ces produits que vous utilisez ne sont pas nocifs pour votre peau, sans avoir recours aux tests sur animaux. Nous pourrions tester la nocivité des produits chimiques auxquels nous sommes quotidiennement exposés dans notre environnement, comme les produits chimiques contenus dans les produits ménagers ordinaires. Nous pourrions également utiliser les organes sur des puces, pour des applications dans le bioterrorisme, ou l'exposition au rayonnement. Nous pourrions les utiliser pour en savoir plus sur des maladies telles que l'Ebola ou d'autres maladies mortelles telles que le SRAS.
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.
Les organes sur des puces pourraient à l’avenir également changer la manière dont nous faisons des essais cliniques. Aujourd'hui, le participant moyen à un essai clinique n'est que « moyen ». Il a tendance à être d'âge moyen, et de sexe féminin. Vous ne trouverez pas beaucoup d'essais cliniques réalisés sur des enfants. Pourtant, chaque jour, nous donnons des médicaments aux enfants et les seules données que nous avons concernant la nocivité de ce médicament sont basées sur des adultes. Les enfants ne sont pas des adultes. Ils peuvent ne pas répondre de la même manière que les adultes. Il y a d'autres choses, comme les différences génétiques entre populations qui peuvent conduire à des populations à risque, susceptibles d'avoir une réaction indésirable à un médicament. Imaginez maintenant, si nous pouvions prendre des cellules parmi ces différentes populations, les mettre sur des puces, et créer des populations sur une puce. Cela pourrait vraiment changer la façon dont nous faisons des essais cliniques. Voici l'équipe, et les gens qui réalisent tout cela. On a des ingénieurs, on a des biologistes cellulaires, on a des cliniciens, qui travaillent tous ensemble. Nous assistons à quelque chose de tout à fait incroyable à l'institut Wyss. C'est vraiment une convergence des disciplines où la biologie influe sur note façon de concevoir, de développer et de construire. C'est assez enthousiasmant.
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.
Nous établissons des collaborations importantes avec l'industrie, comme celle que nous avons avec une entreprise qui possède une expertise dans la fabrication numérique à grande échelle. Ils vont nous aider à réaliser, au lieu d'une seule puce, des millions de puces similaires, de sorte que nous puissions les mettre à la disposition d'un maximum de chercheurs possible. C'est essentiel pour le futur de cette technologie.
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.
Je vais vous montrer notre appareil. C'est un instrument dont nos ingénieurs réalisent actuellement le prototype au laboratoire, et qui va nous donner les moyens techniques dont nous aurons besoin pour relier 10 ou plus puces d'organes ensemble. Cet instrument fait autre chose de très important. Il offre une interface utilisateur simple. Ainsi, un biologiste cellulaire comme moi peut arriver, prendre une puce, la mettre dans une cartouche, comme avec le prototype que vous voyez là, insérer la cartouche dans la machine, comme vous le feriez avec un CD, et c'est terminé. Plug and play. Facile.
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.
Maintenant, imaginons un peu à quoi l'avenir pourrait ressembler si je pouvais prendre vos cellules souches et les mettre sur une puce, ou vos cellules souches, et les mettre sur une puce. Ce serait une puce personnalisée, rien que pour vous.
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.
Nous tous, ici, sommes des individus, et ces différences individuelles signifient que nous pouvons réagir très différemment et parfois de façon imprévisible aux médicaments. Il y a quelques années de cela, j'ai moi-même eu un terrible mal de tête, je n'arrivais pas à m'en débarrasser, et me suis dit « Je vais essayer autre chose». J'ai pris quelques comprimés d’Advil, et quinze minutes plus tard, j'étais en route pour les urgences avec une crise d'asthme aigue. De toute évidence, elle ne m'a pas été fatale, mais malheureusement, certains effets secondaires des médicaments peuvent être mortels.
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.
Comment faire pour les éviter ? Eh bien, nous pourrions imaginer un jour avoir Géraldine sur une puce, avoir Danielle sur une puce, vous avoir, vous, sur une puce.
Personalized medicine. Thank you.
Une médecine personnalisée. Merci.
(Applause)
(Applaudissements)