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.
Avem în domeniul sănătăţii globale, o problemă prezentă de rezolvat şi anume modul în care cercetăm şi dezvoltăm medicamente noi e prea costisitor, durează prea mult şi eşuează mai des decât reușește. Chiar nu funcţionează şi asta înseamnă că pacienţi care au nevoie de noi terapii nu le primesc şi bolile rămân netratate. Cheltuim din ce în ce mai mulţi bani. Pentru fiecare miliard de dolari cheltuiţi în Cercetare şi Dezvoltare, obţinem mai puţine medicamente pe piaţă. Mai mulţi bani, mai puţine medicamente. 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.
Oare ce se întâmplă? Există o mulţime de factori în joc, dar cred că un aspect esențial e faptul că metodele disponibile în prezent pentru a testa dacă un medicament va avea efect, sau dacă este eficient sau sigur înainte de a trece la studiile clinice pe oameni, nu sunt adecvate. Nu prezic ce se va întâmpla în cazul oamenilor. Avem două asemenea metode la dispoziţie. Celule umane în vase Petri şi testarea pe animale.
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.
Să vorbim despre prima, celule în cutii Petri. Celulele funcţionează corect în corpurile noastre. Le scoatem şi le îndepărtăm din mediul lor, le punem în cutii Petri şi aşteptăm să vedem ce se întâmplă. Şi ce se întâmplă? Nu funcţionează. Nu le place mediul pentru că este diferit de corp.
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.
Dar testarea pe animale? Testarea pe animale ne oferă informaţii extrem de utile. Ne învaţă ce se întâmplă în organismele complexe. Învăţăm mai multe despre biologie. Însă, mult mai des, modele pe animale nu prezic ce se întâmplă în cazul oamenilor când sunt trataţi cu un anumit medicament.
So we need better tools. We need human cells, but we need to find a way to keep them happy outside the body.
Avem deci nevoie de metode mai bune. E nevoie de celule umane, dar cărora sa le oferim un mediu confortabil în afara organismului.
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.
Mediul corpului nostru este dinamic. Suntem în continuă transformare. Celulele noastre trec prin aceste procese. Se află în mediul corporal dinamic. Sunt influențate continuu de forţe mecanice. Dacă vrem să avem celule fericite în afara corpului, trebuie să devenim arhitecţi de celule. Să creăm şi să construim un mediu adecvat pentru celule.
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.
La Institutul Wyss, am făcut asta. O numim organ în cip. Şi iată una dintre ele. Frumoasă, nu? Dar şi incredibilă. Aici este, traieşte şi respiră un plămân uman în cip.
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.
Nu este doar frumos. Poate face o mulţime de lucruri. Avem celule vii într-un mic cip, celule într-un mediu dinamic care interacţionează cu diferite tipuri de celule. Mulți cercetători au încercat să crească celule în laborator, folosind diferite abordări. Au încercat chiar să crească mini-organe. Noi nu facem asta. Încercăm doar să recreăm în acest mic cip cea mai mică unitate funcţională care reprezintă biochima, funcţia şi mecanismul pe care celulele le experimentează în corp. Cum funcţionează? Vă arăt. Folosim tehnici ale cipului computerizat din industrie pentru a aduce aceste structuri la o scară relevantă pentru celulele din mediul lor. Avem trei canale de fluid. În centru, o membrană poroasă, flexibilă pe care punem celule umane, să spunem din plămâni, iar dedesubt există celule capilare, celule din vasele sangvine. Apoi aplicăm forţe mecanice asupra cipului care întind şi contractă membrana, imitând aceleaşi forţe mecanice din timpul respiraţiei. Astfel celulele se simt ca în corp. Vehiculăm aer prin canalul superior, şi apoi circulăm un lichid cu nutrienţi prin canalul vaselor de sânge. Cipul este minunat dar ce putem face cu el? Obținem o funcţionalitate incredibilă în aceste cipuri. Să vă arăt. Am putea mima infecţia, adăugând bacterii în plămân şi apoi adăugăm globule albe. Leucocitele sunt mecanismul nostru defensiv împotriva invaziei bacteriilor, şi când simt inflamarea datorată infecţiei, intră din sânge în plămâni şi devorează bacteriile. Veți vedea acum ce se întâmplă într-un cip simulând plămânul uman. Am marcat leucocitele pentru a fi vizibile, cand detectează infecţia, încep să se alipească. Apoi încearcă să intre în plămâni prin vasele de sânge. Aici vedeți o singură leucocită. Se lipeşte, îşi găseşte calea printre straturile de celule, prin pori, şi iese pe cealaltă partea a membranei, iat-o, devorează bacteriile, marcate cu verde. În acel cip mic, aţi văzut unul dintre răspunsurile de bază ale corpului la infecţie. E modul în care răspundem - răspunsul imunitar. Este fascinant.
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.
Vă arăt această imagine, nu pentru că este frumoasă, ci pentru că ne oferă multe informaţii despre modul în care acţionează celulele din cip. Ne spune că aceste celule din plămânii noştri au o structură ca firul de păr pe care te-ai aştepta să o vezi în plămâni. Aceste structuri se numesc cilia şi ele mişcă de fapt mucusul din plămâni. Da, mucusul. Care este de fapt foarte important. Acest mucus reţine particulele, viruşii, potenţialii alergeni, iar aceşti cili îndepărtează şi curăţă mucusul. Când sunt afectaţi de fumul de ţigară, de exemplu, nu funcţionează şi nu pot curăţa mucusul. Şi asta conduce la afecţiuni ca bronşita. Cilia şi curăţarea mucusului sunt implicate şi în boli ca fibroza chistică. Acum însă, cu aceste cipuri, putem căuta noi tratamente.
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.
Nu ne-am oprit aici. Avem şi un intestin în cip. Iată. Am pus celule intestinale umane într-un cip simulând intestinul şi ele sunt in continuă mişcare peristaltică, acest flux de scurgere prin celule, în care simulăm multe dintre funcţiile pe care vă aşteptaţi sa le vedeţi în intestinul uman. Acum putem începe să creăm modele de afecţiuni ca sindromul colonului iritabil, o boală are afectează multe persoane. Este debilitant şi nu există multe tratamente eficiente.
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.
Avem acum o întreagă reţea de cipuri pentru diferite organe cu care lucrăm în laboratoare. Adevărata putere a acestei tehnologii vine din faptul că le putem conecta. Prin fluidul ce curge prin aceste celule, putem conecta mai multe cipuri pentru a forma un om virtual într-un cip. Sună interesant. Nu vom re-crea un om întreg în aceste cipuri, scopul nostru este să re-creăm o funcţionalitate suficientă pentru a putea prezice ce se întâmplă în corpul uman. Putem începe să explorăm ce se întămplă cu un medicament de tip aerosol. Pentru cei care aveţi astm ca mine - când folosiţi inhalatorul, putem explora cum ajunge medicamentul în plămâni, cum intră în corp, cum poate afecta inima. Modifică bătăile inimii? Este toxic? Este eliminat de ficat? Sau metabolizat de ficat? Este eliminat prin rinichi? Putem studia dinamica răspunsului corpului la medicament.
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.
Asta ar putea revoluţiona şi îmbunătăți potențialul nu doar în industria farmaceutică, ci şi în alte industrii, inclusiv industria cosmetică. Putem folosi pielea simulată pe un cip, cercetată actualmente în laborator pentru a testa dacă ingredientele din produsele le care le punem pe piele sunt sigure, fără a le mai testa pe animale. Am putea testa siguranţa substanţelor la care suntem expuşi zilnic în mediu cotidian, de exemplu produsele casnice de curăţenie. Am putea folosi organele din cipuri ca aplicaţii în bioterorism sau expunerea la radiaţii. Am putea învăţa mai mult despre infecții cu Ebola sau alți viruși fatali ca 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.
Organele din cipuri schimbă modul în care vom efectua studiile clinice în viitor. Acum participantul obişnuit în studiul clinic este chiar aşa: obişnuit. Tinde să fie vârsta de mijloc, femeie. Sunt puţine studii clinice în care sunt implicaţi copii – care însă iau zilnic medicamente, pentru care singurele cercetări de siguranță sunt obţinute pe adulţi. Copiii nu sunt adulţi. Ei poate nu reacţionează ca adulţii. Există şi diferenţe genetice în populaţii, conducând la populaţii de risc care prezintă riscul de a avea reacţii adverse. Dacă am putea lua celule de la polulaţii diferite și le-am pune în cipuri, am crea populaţii într-un cip. Asta ar schimba modul în care facem studiile clinice. Iată echipa şi oamenii care fac asta. Avem ingineri, biologi, clinicieni, lucrând împreună. Este ceva incredibil la institutul Wyss. Este un cumul de discipline în care biologia influenţează modul în care creăm, modelăm, construim. Foarte incitant.
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.
Stabilim colaborări cu industrii importante ca cea pe care o avem cu o companie specializată în produse digitale de masă. Ei ne vor ajuta să facem în loc de un cip, milioane de cipuri, pe care sa le folosească cât mai mulţi cercetători. Asta-i cheia spre potenţialul acestei tehnologii.
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.
Să vă arăt instrumentele noastre. Iată unul pe care inginerii noştri îl testează acum în laborator. Acesta ne va conferi controlul de care avem nevoie pentru a conecta zece sau mai multe cipuri. Şi mai face ceva important. Creează o interfaţă uşor de folosit, astfel încât un biolog ca mine poate să ia un cip, să-l pună într-un cartuş ca în acest prototip. Cartușul se introduce în aparat ca un C.D şi e gata de analiză. Conectăm şi funcţionează. Uşor.
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.
Acum, să ne imaginăm cum ar arăta viitorul dacă am lua celule stem să le punem în cip, sau celulele voastre stem pe un cip. Un cip personalizat.
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.
Fiecare dintre noi suntem diferiţi, iar diferenţele înseamnă că reacţionăm foarte diferit şi uneori imprevizibil la medicamente. Acum câţiva ani am avut o durere acută de cap, de care nu puteam scăpa şi m-am gândit să fac ceva diferit. Am luat Advil. După 50 de minute, mă aflam în drum spre camera de gardă cu un atac acut de astmă. Nu a fost fatal, după cum vedeţi, dar, câteodată reacţiile adverse pot fi fatale.
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.
Cum le prevenim? Ne putem imagina că, într-o zi, o avem pe Geraldine pe un cip, sau pe Danielle pe un cip.
Personalized medicine. Thank you.
Medicină personalizată. Mulţumesc.
(Applause)
(Aplauze)