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.
Temos um desafio de saúde global em nossas mãos. A forma com que, atualmente, descobrimos e desenvolvemos novos medicamentos é muito cara, leva muito tempo e obtemos mais fracassos do que sucessos. Isto simplesmente não está a funcionar, o que significa que os pacientes que precisam muito de novas terapias não as conseguem receber e algumas doenças continuam sem tratamento. Parece que estamos a gastar cada vez mais dinheiro, pois para cada mil milhões de dólares gastos com pesquisa e desenvolvimento, temos menos medicamentos aprovados no mercado. Mais dinheiro, 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.
Então, o que está a acontecer? Bem, há diversos fatores em jogo, mas acredito que um dos principais seja que as ferramentas que temos disponíveis para testar se um medicamento irá funcionar, se será eficaz, ou se será seguro antes de chegar aos testes clínicos em humanos, estão a falhar. Não conseguem prever o que acontecerá nos humanos. E nós temos duas ferramentas importantes à nossa disposição. São as células "in vitro" e os testes em animais.
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.
Vamos falar sobre a primeira, as células "in vitro". Lá estão as células, a funcionar felizes nos nossos corpos. Nós pegamos nelas e retiramo-las do seu "habitat" natural, metemo-las em placas de cultura, e esperamos que elas funcionem. Adivinhem só. Elas não funcionam. Não gostam daquele ambiente porque não tem nada a ver com o que existe no corpo.
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.
E os testes com animais? Bem, os animais de facto fornecem informações extremamente úteis. Ele ensinam-nos o que se passa nos organismos complexos. Aprendemos mais sobre a biologia propriamente dita. Entretanto, na maioria das vezes, os modelos animais falham na previsão do que acontecerá nos humanos quando são tratados com uma droga específica.
So we need better tools. We need human cells, but we need to find a way to keep them happy outside the body.
Portanto, precisamos de melhores ferramentas. Precisamos de células humanas, mas precisamos de encontrar uma forma de mantê-las felizes fora do corpo.
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.
Os nossos corpos são ambientes dinâmicos. Estamos em constante movimento. As nossas células sentem isso. Estão em ambientes dinâmicos dentro do nosso corpo. Estão sob forças mecânicas constantes. Então, para fazer as células felizes fora dos nossos corpos, precisamos de nos tornar arquitetos celulares. Precisamos de desenhar, planear e construir um lar longe de casa para as 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.
E no Wyss Institute fizemos exatamente isso. Nós chamamo-lo de órgão em "chip". E eu tenho um aqui. É lindo, não é? Mas é inacreditável. Bem, aqui na minha mão há um pulmão humano a respirar, vivo num "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.
E não é só bonito. Ele consegue fazer uma imensa variedade de coisas. Temos células vivas naquele pequeno "chip", células que estão num ambiente dinâmico a interagir com diferentes tipos celulares. Muitas pessoas já tentaram cultivar células em laboratório. Tentaram de muitas maneiras diferentes. Tentaram até cultivar pequenos mini-órgãos em laboratório. Não é o que estamos a tentar fazer aqui. Estamos simplesmente a tentar recriar neste "chip" minúsculo a menor unidade funcional que represente a bioquímica, a função e tensão mecânica que as células vivenciam nos nossos corpos. Mas, como funciona? Vou mostrar-vos. Usamos as técnicas da indústria que fabrica "chips" de computador para fazer estas estruturas numa escala relevante tanto em relação às células como ao seu ambiente. Temos três canais fluídicos. No centro, temos uma membrana porosa, flexível na qual podemos adicionar células humanas, por exemplo, dos pulmões, e mais abaixo teriam as células capilares, as células nos nossos vasos sanguíneos. E podemos, então, aplicar forças mecânicas ao "chip" que esticam e encolhem a membrana, para que as células recebam as mesmas forças mecânicas que receberiam quando respiramos. E elas a recebem da mesma maneira que aconteceria no corpo. Existe ar a passar pelo canal superior, e acrescentamos um líquido que contém nutrientes através do canal do sangue. O "chip" é bem bonito, mas o que podemos fazer com ele? Podemos ter funcionalidades incríveis dentro destes pequenos "chips". Mostrar-vos-ei. Poderíamos, por exemplo, imitar uma infeção, introduzindo células bacterianas nos pulmões. Então, podemos adicionar glóbulos brancos. Os glóbulos brancos são as células de defesa do nosso corpo contra as bactérias invasoras, e ao perceberem esta inflamação devido à infeção, elas vão passar do sangue para o pulmão para esmagar a bactéria. Bem, agora vocês vão ver acontecer ao vivo num pulmão humano em "chip". Nós marcámos os glóbulos brancos para que os possam ver a fluir. Quando eles detetam a infeção, começam a aderir. Eles aderem e tentam passar da artéria para o pulmão, É possível ver aqui, podemos realmente visualizar um único glóbulo branco. Ele adere, abre caminho por entre as camadas celulares, através do poro, surge do outro lado da membrana, e aí, irá envolver a bactéria marcada a verde. Neste minúsculo "chip", vocês acabaram de testemunhar uma das respostas mais fundamentais do nosso corpo contra uma infeção. É assim que respondemos — uma resposta imune. É muito empolgante.
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.
Agora quero partilhar esta imagem convosco, não só por ser tão bonita, mas por trazer uma enorme quantidade de informações sobre o que as células fazem dentro dos "chips". Isto mostra-nos que estas células das pequenas vias aéreas nos nossos pulmões, realmente têm estas estruturas parecidas com pelos que se espera ver nos pulmões. Estas estruturas são chamadas cílios, e movem o muco para fora do pulmão. Sim. Muco. Que nojo! Mas o muco é realmente muito importante. O muco captura partículas, vírus, alergéneos em potencial, e estes cílios movimentam-se e limpam o muco para fora. Quando são danificados, digamos, pelo fumo de cigarro, por exemplo, não funcionam adequadamente, e não conseguem limpar o muco. Isso pode causar doenças como a bronquite. Os cílios e a limpeza do muco também estão envolvidos em doenças terríveis como a fibrose quística. Mas agora, com a funcionalidade que temos nestes "chips", podemos começar a procurar possíveis novos tratamentos.
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.
Não parámos no pulmão em "chip". Temos um intestino em "chip". Vocês podem vê-lo aqui. E colocámos células de intestino humano num intestino em "chip", que estão sob constantes movimentos peristálticos, este fluxo intermitente através das células, e podemos simular muitas outras funções que realmente existem no intestino humano. Agora podemos começar a criar modelos de doenças como a síndrome do intestino irritável. Esta doença afeta um grande número de pessoas. É muito incapacitante, e não existem muitos tratamentos bons para isso.
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.
Agora, temos toda uma tubulação de diferentes "chips" de órgãos em que estamos a trabalhar atualmente nos nossos laboratórios. O verdadeiro poder desta tecnologia, no entanto, vem do facto de podermos ligá-los fluidicamente. Existe fluido a passar por entre as células, de modo que podemos interligar múltiplos "chips" diferentes juntos para formar o que chamamos de "humano em 'chip' ". Agora sim, estamos muito empolgados! Nunca recriaremos um humano inteiro nestes "chips", mas o nosso objetivo é sermos capazes de recriar funcionalidades suficientes para que possamos fazer melhores previsões do que irá acontecer nos humanos. Por exemplo, podemos começar a explorar o que acontece quando damos um medicamento por inalação. Quem de vocês tem asma, assim como eu, ao usar a bombinha, podemos explorar como o medicamento entra nos seus pulmões, como entra no seu corpo, como poderá afetar, digamos, o seu coração. Será que altera os seus batimentos cardíacos? Será que é tóxico? Será que é eliminado pelo fígado? É metabolizado no fígado? Será excretado pelos rins? Podemos estudar a resposta dinâmica do corpo a um medicamento.
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.
Isto poderá mesmo revolucionar e virar o jogo não só para a indústria farmacêutica, mas para toda uma gama de diferentes indústrias, incluindo a indústria cosmética. Poderemos usar a pele em "chip" que está em desenvolvimento no laboratório para testar se os ingredientes dos produtos que você usa são mesmo seguros para colocar na sua pele sem a necessidade de testes em animais. Poderíamos testar a segurança dos produtos químicos aos quais estamos expostos diariamente no ambiente, tais como os presentes em produtos de limpeza. Poderíamos usar os "chips" de órgãos para aplicações no bioterrorismo ou exposição à radiação. Poderíamos usá-los para saber mais sobre doenças como o ébola ou outras letais como a síndrome respiratória aguda grave.
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.
Os "chips" de órgãos também poderiam mudar o modo como faremos testes clínicos no futuro. Atualmente, o participante médio num estudo clínico é assim: médio. Tende a ser de meia idade, tende a ser mulher. Não se encontram muitos estudos clínicos a envolver crianças, apesar de, diariamente, darmos remédios às crianças e a única informação que temos sobre a segurança desses medicamentos é obtida a partir de adultos. As crianças não são adultos. Podem não ter a mesma resposta dos adultos. Há outros fatores como as diferenças genéticas nas populações que podem levar a populações de risco que podem sofrer reações adversas ao medicamento. Agora, imagine que pegamos em células de todas estas diferentes populações colocamo-las em "chips" e criamos populações em "chip". Isso realmente poderia mudar o modo de fazer estudos clínicos. E esta é a equipa e as pessoas que estão a fazer isto. Temos engenheiros, biólogos celulares, temos médicos, todos a trabalhar juntos. Estamos a presenciar algo realmente incrível no Wyss Institute. É uma verdadeira convergência de disciplinas, onde a biologia influencia o modo como desenhamos, planeamos e construímos. É muito empolgante.
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.
Estabelecemos importantes parcerias industriais como a que temos com uma empresa especialista em manufatura digital em larga escala. Eles ajudar-nos-ão a fazer em vez de apenas um, milhões destes "chips", para que os possamos ter nas mãos do maior número possível de investigadores. E isso é fundamental para o potencial desta tecnologia.
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.
Agora, deixem-me mostrar-vos o nosso instrumento. É o instrumento em que os nossos engenheiros estão a trabalhar neste momento, como protótipo no laboratório, e ele fornecer-nos-á os controlos necessários de modo a unirmos 10 ou mais "chips" de órgãos. Também faz algo de muita importância. Cria uma "interface" de fácil utilização. Assim, um biólogo celular como eu pode entrar, pegar num "chip", colocá-lo num cartucho como o protótipo visto aqui, colocar o cartucho na máquina tal como se faz com um CD, e pronto. Ligar à corrente e pôr a máquina a funcionar. Fácil.
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.
Agora, imaginem um pouco como seria no futuro se eu pudesse pegar nas suas células estaminais e as colocasse num "chip", ou nas suas células estaminais e as colocasse num "chip". Seria um "chip" personalizado à sua medida.
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 nós aqui somos indivíduos, e as diferenças individuais significam que podemos reagir de modos diferentes e, às vezes, imprevisíveis aos medicamentos. Eu mesma, há alguns anos, tive uma forte dor de cabeça, de que não me conseguia livrar e pensei: "Vou tentar algo diferente." Tomei Advil. Quinze minutos depois, eu estava a caminho das emergências com uma completa crise de asma. Obviamente, não foi fatal, mas, infelizmente, alguns destes efeitos adversos dos medicamentos podem ter reações fatais.
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.
Então, como os prevenimos? Bem, poderíamos imaginar um dia ter a Geraldine num "chip", ter a Danielle num "chip", tê-lo a si num "chip".
Personalized medicine. Thank you.
Medicina personalizada. Obrigada!
(Applause)
(Aplausos)