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.
Nós temos um desafio de saúde global em nossas mãos hoje, isto é, a forma como atualmente descobrimos e desenvolvemos novos medicamentos é muito cara, demora muito, e falha mais vezes do que é bem sucedida. Não está realmente funcionando, e isso significa que pacientes que precisam urgentemente de novas terapias não as conseguem, e doenças passam sem serem tratadas. Parece que estamos gastando cada vez mais dinheiro. Portanto, para cada bilhão de dólares que gastamos em P&D, estamos tendo menos drogas aprovadas no mercado. Mais dinheiro, menos drogas. 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.
O que está acontecendo aqui? Bem, há uma variedade de fatores em jogo, mas acho que um dos fatores-chave é que as ferramentas que temos atualmente disponíveis para testar se um medicamento vai funcionar, se ele é eficaz, ou se vai ser seguro antes de colocá-lo em testes clínicos em humanos, estão sendo falhos. Não estão prevendo o que vai acontecer em seres humanos. E temos duas ferramentas principais disponíveis à nossa disposição. São células em placas e 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.
Agora vamos falar sobre a primeira, as células em placas. Então, as células são felizes funcionando em nossos corpos. Nós as pegamos e as tiramos do seu ambiente nativo, colocamo-las em uma dessas placas, e esperamos que elas trabalhem. Adivinhem só. Elas não trabalham. Elas não gostam desse ambiente porque não é nada parecido com o que elas têm 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.
Que tal testes em animais? Bem, animais podem fornecer informações extremamente úteis. Eles nos ensinam sobre o que acontece no organismo complexo. Aprendemos mais sobre a própria biologia. No entanto, na maioria das vezes, modelos animais não conseguem prever o que vai acontecer em humanos quando uma droga específica lhes for administrada.
So we need better tools. We need human cells, but we need to find a way to keep them happy outside the body.
Então, precisamos de ferramentas melhores. Precisamos de células humanas, mas precisamos de uma maneira 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.
Nossos corpos são ambientes dinâmicos. Estamos em constante movimento. Nossas células vivenciam isso. Estão em ambientes dinâmicos em nosso corpo. Estão sob forças mecânicas constantes. Então, se quisermos deixar as células felizes fora de nossos corpos, precisamos nos tornar arquitetos celulares. Precisamos projetar e construir uma casa 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 Instituto Wyss, fizemos exatamente isso. Nós o chamamos de órgão-no-<i>chip</i>. E estou com um bem aqui. É lindo, não é? Mas é incrível. Bem aqui na minha mão está um pulmão humano vivo e respirando em um <i>chip</i>.
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 somente bonito. Pode fazer uma grande quantidade de coisas. Temos células vivas naquele pequeno <i>chip</i>, células que estão em um ambiente dinâmico, interagindo com diversos tipos de células. Houve muitas pessoas tentando criar células em laboratório. Tentaram muitas abordagens diferentes. Até tentaram criar pequenos miniórgãos no laboratório. Não estamos tentando fazer isso aqui. Estamos simplesmente tentando recriar neste <i>chip</i> minúsculo a menor unidade funcional que representa a bioquímica, a função e a tensão mecânica que as células vivenciam em nossos corpos. Então, como é que funciona? Deixem-me lhes mostrar. Usamos técnicas da indústria de fabricação de <i>chips</i> de computadores para fazer estas estruturas numa escala relevante tanto para as células quanto para seu ambiente. Temos três canais fluídicos. No centro, temos uma membrana porosa, flexível sobre a qual podemos adicionar células humanas, digamos, dos nossos pulmões, e, por baixo, elas tinham células capilares, as células em nossos vasos sanguíneos. E assim podemos aplicar forças mecânicas no <i>chip</i> que esticam e contraem a membrana, para que as células experimentam as mesmas forças mecânicas que eles experimentavam quando respiramos. E elas as experimentam como no corpo. Há ar fluindo pelo canal acima, e escoamos um líquido que contém nutrientes através do canal sanguíneo. Bem, o <i>chip</i> é muito bonito, mas o que podemos fazer com ele? Podemos obter uma funcionalidade incrível dentro desses pequenos <i>chips</i>. Deixem-me lhes mostrar. Poderíamos, por exemplo, imitar uma infecção, adicionando células bacterianas ao pulmão, e podemos adicionar glóbulos brancos humanos. Glóbulos brancos são a defesa do nosso corpo contra os invasores bacterianos, e quando eles sentem a inflamação devido à infecção, eles vão entrar no pulmão a partir do sangue e engolfar as bactérias. Bem, agora vocês vão ver isso acontecer ao vivo em um pulmão humano real em um <i>chip</i>. Nós marcamos os glóbulos brancos para que vocês possam vê-los fluindo, e quando eles detectam a infecção, eles começam a grudar. Eles se aglutinam, e tentam entrar no lado do pulmão a partir do canal sanguíneo. E dá para ver aqui, podemos visualizar um único glóbulo branco. Ele adere, ele vai se contorcendo pelo caminho entre as camadas de células, através do poro, sai do outro lado da membrana, e ali, vai engolfar as bactérias marcadas em verde. Nesse <i>chip</i> minúsculo, vocês acabaram de testemunhar uma das respostas mais fundamentais que nosso corpo tem a uma infecção. É a maneira como respondemos -- uma resposta imune. É bem 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.
Agora eu gostaria de compartilhar essa imagem com vocês, não só porque é muito bonita, mas porque nos mostra uma enorme quantidade de informação sobre o que as células estão a fazer dentro dos <i>chips</i>. Ela nos diz que essas células das pequenas vias aéreas em nossos pulmões, na verdade, têm essas estruturas semelhantes a pêlos que você esperaria ver no pulmão. Estas estruturas são chamados cílios, e servem para colocar o muco para fora do pulmão. É. Muco. Eca. Mas o muco é muito importante, na verdade. O muco prende partículas, vírus, alérgenos potenciais, e esses pequenos cílios se movem e colocam o muco para fora. Quando eles se danificam, por exemplo, por fumaça de cigarro, por exemplo, eles não funcionam adequadamente, e não conseguem colocar o muco para fora. E isso pode causar doenças tais como bronquite. Os cílios e a limpeza do muco também estão envolvidos em doenças terríveis como a fibrose cística. Mas agora, com a funcionalidade que temos nesses <i>chips</i>, podemos começar a buscar novos tratamentos potenciais.
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 paramos com o pulmão no <i>chip</i>. Temos um intestino no <i>chip</i>. Podem ver um aqui. E colocamos células intestinais humanas num intestino no <i>chip</i>, e elas estão sob constante movimento peristáltico, este fluxo através das células, e conseguimos imitar muitas das funções que, de fato, se esperaria ver no intestino humano. Agora podemos começar a criar modelos de doenças como a síndrome do intestino irritável. Essa é uma doença que afeta um grande número de indivíduos. É realmente debilitante, e não há muitos bons tratamentos para ela.
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 cadeia de diferentes <i>chips</i> de órgãos em que estamos trabalhando no momento em nossos laboratórios. Mas o verdadeiro poder desta tecnologia, no entanto, vem mesmo do fato de que pode ligá-los com fluidos. Há fluido escoando por essas células. Assim, podemos começar a interligar vários <i>chips</i> diferentes para formar o que chamamos de um ser humano virtual no <i>chip</i>. Agora estamos ficando realmente animados. Não vamos nunca recriar um ser humano completo nestes <i>chips</i>, mas nosso objetivo é ser capaz de recriar funcionalidades suficientes para que possamos fazer melhores previsões do que vai acontecer em seres humanos. Por exemplo, agora podemos começar a explorar o que acontece quando aplicamos um medicamento como aerossol. Aqueles como eu, que têm asma, quando pegam seu inalador, podemos explorar como o medicamento entra em seus pulmões, como entra no corpo, como pode afetar, digamos, seu coração. Será que ele afeta seu batimento cardíaco? Será que é tóxico? Será que vai ser eliminado pelo fígado? Será que é metabolizado no fígado? Será que é excretado nos rins? Podemos começar a 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.
Isso poderia mesmo revolucionar e ser um divisor de águas, não só para a indústria farmacêutica, mas toda uma série de diferentes indústrias, incluindo a indústria de cosméticos. Podemos utilizar potencialmente a pele no <i>chip</i> que estamos desenvolvendo atualmente no laboratório para testar se os ingredientes em tais produtos que vocês estão usando são mesmo seguros para colocar na pele, sem a necessidade de testar em animais. Poderíamos testar a segurança de produtos químicos a que somos expostos diariamente em nosso meio, tais como produtos químicos para limpeza doméstica cotidiana. Também poderíamos usar os órgãos nos <i>chips</i> para aplicações em bioterrorismo ou exposição a radiação. Poderíamos usá-los para aprender mais sobre doenças como o ebola, ou outras doenças mortais, como a SARS.
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.
Órgãos em <i>chips</i> também poderiam mudar a forma como fazemos ensaios clínicos no futuro. No momento, o participante comum em um ensaio clínico é assim: comum. Tende a ser de meia idade, tende a ser do sexo feminino. Não se encontra muitos ensaios clínicos em que crianças estão envolvidas, mas mesmo assim, sempre damos medicamentos às crianças, e a única informação de segurança que temos sobre esse medicamento é aquela que conseguimos a partir de adultos. Crianças não são adultos. Elas podem não reagir da mesma forma que os adultos. Há outras coisas como diferenças genéticas em populações, que podem levar a... populações de risco que correm o risco de ter uma reação adversa ao medicamento. Agora, imaginem se pudéssemos retirar células de todas essas diferentes populações, colocá-las em <i>chips</i> e criar populações no <i>chip</i>. Isso poderia mesmo mudar a forma como fazemos ensaios clínicos. E esta é a equipe e as pessoas que estão fazendo isso. Temos engenheiros, temos biólogos celulares, temos médicos, todos trabalhando juntos. Estamos vendo algo bastante incrível no Instituto Wyss. É uma convergência de disciplinas, onde a biologia está influenciando a forma como projetamos, a forma como fazemos engenharia, a forma como construímos. É bem 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 estabelecendo importantes colaborações industriais, como a que temos com uma empresa que tem experiência em fabricação digital de grande escala. Eles vão nos ajudar a fazer, em vez de um, milhões desses <i>chips</i>, para que possamos levá-los às mãos do maior número de pesquisadores possível. E isso é crucial para o potencial dessa 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 lhes mostrar nosso instrumento. Este é um instrumento de que nossos engenheiros estão criando um protótipo no laboratório, e este instrumento vai nos dar o controle de engenharia que será necessário a fim de conectar 10 ou mais <i>chips</i> de órgãos. E ainda faz outra coisa que é muito importante. Ele cria uma interface de usuário amigável. Assim, um biólogo celular, como eu, pode entrar, pegar um <i>chip</i>, colocá-lo em um cartucho, como o protótipo que vocês veem ali, colocar o cartucho na máquina, assim como se faria com um CD, e assim se vai longe. <i>Plug-and-play</i>. 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, imaginemos um pouco como poderia ser no futuro se eu pudesse pegar suas células-tronco e colocá-las em um <i>chip</i>, ou suas células-tronco e colocá-las em um <i>chip</i>. Seria um <i>chip</i> personalizado apenas para você.
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.
Bem, todos nós aqui somos indivíduos, e essas diferenças individuais significam que poderíamos reagir de forma muito diferente e, às vezes, de forma imprevisível aos medicamentos. Eu mesma, alguns anos atrás, tive uma dor de cabeça terrível, não conseguia me livrar dela, e pensei: "Bem, vou tentar algo diferente." Eu tomei Advil. Quinze minutos depois, Eu estava a caminho da sala de emergência com um ataque de asma total. Bem, obviamente não foi fatal, mas, infelizmente, algumas dessas reações adversas a medicamentos podem ser 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 podemos evitá-las? Bem, poderíamos imaginar um dia ter a Geraldine em um <i>chip</i>, ter a Danielle em um <i>chip</i>, ter você em um <i>chip</i>.
Personalized medicine. Thank you.
Medicina personalizada. Obrigada.
(Applause)
(Aplausos)