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.
Küresel bir sağlık sıkıntısı yaşadağımız günlerdeyiz. Yani şu anda, yeni ilaçların keşfi ve geliştirilmesi hem çok masraflı, hem çok uzun sürüyor, çoğunlukla da kazandırdığından çok kaybettiriyor. Bu yöntem gerçekten, gerçekten işe yaramıyor. Yani yeni tedavi yöntemlerine muhtaç hastalar, buna kavuşamıyor, hastalıklara çare bulunamıyor. Görünüşe bakılırsa, giderek daha fazla para harcıyoruz. Ar-Ge çalışmalarına harcadığımız her bir milyar dolarda, daha az ilaca onay alıp, satışa çıkarabiliyoruz. Daha fazla masraf, daha az ilaç.
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.
Peki bütün bunların sebebi ne? Aslında, işin içinde birçok sebep var. Ama bence başlıca etkenlerden biri, bir ilacı insan üstünde denemeden önce ilacın işe yarayıp yaramayacağını, etkisinin ne kadar olduğunu veya ne kadar güvenli olduğunu saptamak için kullandığımız araçların bizi yarı yolda bırakması. İlacın insan üzerinde ne etki yapacağını öngöremiyorlar. Kullanmakta olduğumuz iki temel aracımız var. Birisi kaplardaki hücrelerimiz, öteki ise hayvanlar üstünde deneyler.
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.
İlkinden başlayalım, kaplardaki hücrelerimiz. Şimdi, hücrelerimiz vücudumuzda mutlu mutlu çalışıyorlardı. Onları aldık, doğal ortamlarından söktük ve bu kaplara sürdük. Ve çalışmalarını bekledik. Tahmin edin ne oldu? Çalışmadılar. Böyle ortamları sevmiyorlar. Çünkü oranın insan vücudundaki yerleriyle uzaktan yakından alakası yok.
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.
Peki ya hayvanlar üstünde yapılan deneyler? Hayvanlar son derece yararlı bilgiler sağlayabilir ve sağlıyor da. Karmaşık bir organizmada neler olacağını gösteriyorlar. Biyolojinin kendisini daha iyi anlıyoruz. Bununla beraber, çoğu kez, hayvan modeller, belirli bir ilaç tedavisinde insanlarda oluşacak durumu öngörmede başarısız oluyor.
So we need better tools. We need human cells, but we need to find a way to keep them happy outside the body.
Yani daha iyi araçlara ihtiyacımız var. Bize insan hücreleri lazım, ama onları insan vücudunun dışında mutlu etmenin bir yolunu bulmalıyız.
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.
Bizim vücutlarımız dinamik ortamlar. Sürekli hareket halindeyiz. Hücrelerimiz buna alışıklar. Vücudumuzdaki dinamik ortamda yaşıyorlar. Sürekli bir mekanik kuvvet altındalar. Yani, eğer hücrelerimizi vücut dışında da mutlu etmek istiyorsak hücre mimarları olmak zorundayız. Hücrelerimize evlerini aratmayacak bir ev tasarlamalı, inşa etmeli ve mühendisliğini yapmalıyız.
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.
Biz Wyss Enstitüsü'nde tam bunu yaptık. Bunun adına "çip üstünde organ" diyoruz. İşte burada bunlardan biri var. Çok güzel değil mi? Ama oldukça da inanılmaz. Tam burada, avucumda nefes alan, yaşayan bir akciğer, çipin üzerinde.
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.
Ve sadece güzel de değil. Muazzam miktarda iş görebiliyor. Bu ufacık çipin içinde yaşayan hücreler var, dinamik bir ortamda bulunan ve farklı hücre türleri ile etkileşimde olan hücreler. Daha önce birçok insan, laboratuvarda hücre yetiştirmeye çalıştı. Birçok farklı yöntemler denediler. Laboratuvarda ufak organlar yetiştirmeye bile teşebbüs ettiler. Biz burada buna uğraşmıyoruz. Biz sadece burada bu ufacık çipte biyokimyayı temsil eden en küçük işlevsel birimi oluşturmaya çalışıyoruz. Hücrelerin vücudumuzda maruz kaldığı etkileri ve mekanik zorlanmayı canlandırmaya çalışıyoruz. Peki bu nasıl işliyor? Size göstereyim. Bilgisayar çipi üretim sanayisinde kullanılan tekniklerle hem hücrelerin hem de ortamlarının boyutlarına uygun yapılar yapmaya uğraşıyoruz. 3 tane akışkan sıvı kanalımız var. Merkezde ise bir porumuz yani esnek bir zarımız var. Zarın üstüne hücrelerimizi mesela, akciğer hücreleri diyelim, koyabiliyoruz. Onların aşağısında da kılcal hücreler var, kan damarlarımızdaki hücreler. Daha sonra ise çipe, zarı esneten ve kasan mekanik kuvvetleri uygulayabiliyoruz. Bu sayede hücreler, solunum sırasında oluşan mekanik kuvvetleri tıpkı vücut üzerindeki gibi yaşıyorlar. Tepe kanaldan bir hava akışına ve kan kanalından da besin içerikli bir sıvı akışına sahipler. Şimdi, çip gerçekten güzel, peki bununla neler yapabiliriz? Bu ufacık çiplerin içinde inanılmaz bir işlevsellik bulabiliriz. İzin verin göstereyim. Mesela, enfeksiyon taklidi yapabiliriz. Akciğerciğimize bakteri hücreleri koyarız, daha sonra da akyuvarlarımızı yerleştiririz. Akyuvarlarımız, vücudumuza bakteri saldırısı durumunda vücudumuzun savunucularıdır. Ve eğer enfeksiyona bağlı olarak bir iltihapla karşılaşırlarsa kandan akciğere geçer ve bakterileri yutarlar. Şimdi bunun gerçekleşmesini, canlı olarak, çip üzerindeki gerçek bir insan akciğerinde göreceksiniz. İçeride akmaya başlayan akyuvar hücrelerini siz görebilesiniz diye etiketledik. Akyuvarlar enfeksiyonu farkettiklerinde kenarlara yapışmaya başlayacaklar. Yapışacaklar ve akciğere kan kanalının kenarlarından girmeye çalışacaklar. İşte burada gördüğünüz gibi, biz tek bir akyuvar hücresini gerçekten de görüntüleyebiliyoruz. Yapışıyor ve kıvrıla kıvrıla yolunu buluyor. Hücre katmanlarından ve porlardan geçerek, en sonunda zarın öbür tarafından çıkıyor. Tam da orada bakteriyi, yeşil ile işaretlenmiş olan bakteriyi yutuyor. Az önce, şu küçücük çipte, vücudumuzun enfeksiyona gösterdiği en temel tepkilerden birine tanık oldunuz. İşte tepkimiz böyle oluyor -- bir bağışıklık tepkisi. Epey heyecan verici.
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.
Şimdi, sizinle bir resim paylaşmak istiyorum. Sadece çok güzel olduğu için değil, aynı zamanda hücrelerimizin çiplerin içinde nelerle uğraştığı hakkında muazzam bir bilgi kaynağı olduğu için. Bu resim, bir akciğerdeki ufak hava kanallarının içinde gerçekten de tam beklediğimiz gibi kıl benzeri yapıların bulunduğunu gösteriyor. Cilia (tüycükler) adı verilen bu yapılar aslında mukusu akciğerden dışarıya taşıyor. Evet. Mukus. Iyy! Ama aslında mukus epey önemlidir. Mukus partikülleri, virüsleri, olası alerjenleri temizler. Ve bu ufacık cilia hareket ederek mukusu dışarı taşır. Ama mesela, zarar gördüklerinde; diyelim ki sigara dumanından, doğru düzgün çalışamazlar ve mukusu tamamıyla dışarı atamazlar. Ve bu da, bronşit gibi hastalıklara sebep olur. Cilia ve mukusun temizlenememesi kistik fibrozis (mukus yoğunlaşması) gibi başka berbat hastalıklara da sebep olabilir. Ama şimdi, bu çiplerden elde ettiğimiz yeni fonksiyonlarla daha farklı tedavi yöntemlerine de başvurabiliriz.
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.
Çip üzerine akciğer yerleştirmekle kalmadık, çipin üzerine bağırsak da yerleştirdik. Hemen burada bir tane var. İnsan bağırsak hücrelerini buraya yerleştirdik. Çip üstündeki bağırsağımızda sürekli bir peristaltik hareket yani dalgalanma içerisindeler. Bu sayede bir insan bağırsağında gerçekleşmesini bekleyebileceğiniz bütün işlevleri taklit edebiliyoruz. Şimdi bazı hastalıkların modelini oluşturabiliriz. Örneğin, Rahatsız Edici Bağırsak Sendromu. Çok sayıda insanı etkileyen bir rahatsızlık bu. Gerçekten güçten düşürücü bir hastalık ve gerçekten iyi olan bir tedavisi yok.
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.
Laboratuvarlarımızda, şu anda birbirlerine bağlı olarak çalışan değişik organ çiplerine sahibiz. Aslında bütün bu teknolojinin asıl gücü, bizim bu çipleri akışkanlar yoluyla birbirine bağlayabilmemizden geliyor. Bu hücrelerin içinde akan sıvı sayesinde artık çok sayıda farklı çipi birbirine bağlayabiliyor ve böylece, çip üzerinde sanal insan olarak adlandırdığımız yapıyı oluşturabiliyoruz. Buradan itibaren iyice heyecanlı oluyor. Hiç bir zaman bu çiplerin üzerinde tam bir insan oluşturmayacağız, fakat amacımız şu ki, insanlar üzerinde ne olacağına dair daha iyi öngörü yapmamızı sağlamaya yetecek ölçüde işlevselliği elde edebilmek istiyoruz. Örnek olarak, artık insan vücuduna aerosol (gaz) ilaçlar verildiğinde ne olacağını keşfedebiliriz. Benim gibi astımı olanlar varsa, solunum aleti kullandığınızda ilacın akciğere nasıl girdiğini, vücuda girişini ve örneğin kalbi nasıl etkilediğini görebiliyoruz. Kalbinizin atışını değiştiriyor mu? Zehirli etkileri var mı? Karaciğer bunu temizleyebiliyor mu? Karaciğerde mi kalıyor? Böbreklerden mi atılıyor? Artık vücudun bir ilaca karşı gösterdiği dinamik tepkiyi araştırabiliyoruz.
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.
Bu gerçekten de hem ilaç endüstrisinde, hem de kozmetik sektörünün de aralarında olduğu pek çok farklı endüstride, devrim yaratabilir ve kuralları yeniden yazabilir. Potansiyel olarak, şu anda laboratuvarda geliştirmekte olduğumuz "çip üstünde cilt" projemizle, o ürünlerin içindekilerin, hayvanlar üzerinde test yapmadan, gerçekten de derinize herhangi bir zararı olup olmadığını ölçebileceğiz. Günlük hayat düşünüldüğünde, sürekli olarak maruz kaldığımız kimyasalların, örneğin temizlik malzemelerindeki kimyasalların güvenliğini ölçebileceğiz. Çiplerin üstündeki organları aynı zamanda biyolojik terör uygulamalarında veya radyasyona maruz kalındığında kullanabileceğiz. Bu çipleri, ebola gibi hastalıklar veya SARS gibi başka ölümcül hastalıklar hakkında daha çok şey öğrenebilmek için kullanabiliriz.
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.
Gelecekte bu organ çipleri klinik denemelerin yapılışını da değiştirebilir. Şu anda klinik denemelerde kullanılan ortalama birey: ortalama. Genelde orta yaşlı ve genelde kadın. Çocukları içeren çok da fazla klinik denemeyle karşılaşmazsınız. Ama yine de, her gün çocuklara reçete yazıyoruz. Elimizdeki tek deneme verisi ise, yetişkin insanlardan elde ettiğimiz. Çocuklar yetişkin değillerdir. Yetişkinlerin verdiği tepkileri vermeyebilirler. Topluluklar arasındaki genetik farklar gibi başka faktörler de olabilir. İlaca ters tepki veren risk altında topluluklar olabilir. Şimdi, bütün bu topluluklardan hücre örnekleri aldığımızı ve bunları çiplere yerleştirdiğimizi hayal edin. "Çip üstünde toplum" yaptığımızı düşünün. Bu durum, klinik denemelerimizin yapılma şeklini gerçekten de değiştirebilir. İşte bunu gerçekleştiren insanlar, bu takım. Mühendislerimiz var, hücre biyologlarımız var, klinik tedavi uzmanlarımız var; hep beraber çalışıyorlar. Wyss Enstitüsünde gerçekten de inanılmaz bir şeye tanık oluyoruz. Bu, bilim dallarının kucaklaşması gibi bir şey. Biyolojinin tasarımlarımızı, mühendisliğimizi, inşa edişimizi etkilemesi gibi. Oldukça heyecan verici.
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.
Önemli sanayi işbirlikleri oluşturuyoruz. Mesela size geniş çapta dijital üretim yapmada uzmanlaşmış bir şirketi örnek gösterebilirim. Bize bu çiplerden, bu elimde gördüğünüz bir tanesi gibi, milyonlarca üretilmesini sağlayacaklar ki; biz bunları ulaştırabileceğimiz en fazla araştırmacıya ulaştırabilelim. O teknolojinin potansiyelinin anahtarı işte burada.
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.
Şimdi, izin verin size aletimizi göstereyim. Bu gördüğünüz alet şu anda laboratuvarımızda gerçekten de prototipi yapılan bir şey. Bu aletin bize sağlayacağı şey ise, 10 veya daha fazla çipi bağlamak için gereken mühendislik kontrollerini yapmak olacak. Aynı zamanda çok önemli bir iş daha yapıyor. Kolay bir kullanıcı arayüzü oluşturuyor. Bu sayede, benim gibi bir hücre biyoloğu gelip, bir çip alıp, bu gördüğünüz prototip gibi bir kartuşun içine koyup, tıpkı bir CD gibi kartuşu makineye yerleştirebilir. İşiniz bu kadar. Tak ve oyna. Basit.
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.
Şimdi, biraz da gelecekte olabilecekleri hayal edelim. Eğer sizin kök hücrelerinizi alıp bir çipin içine yerleştirsem, veya sizin kök hücrelerinizi bir çipe yerleştirsem. Tamamen size özel bir çip olurdu.
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.
Şimdi, burada hepimiz farklı birer bireyiz. Bu bireysel farklılıkların anlamı, ilaçlara vereceğimiz tepkilerin çok çeşitli, hatta bazen öngörülemez türde olacağıdır. Benim bir kaç yıl önce şiddetli baş ağrılarım vardı. Başımı kaldıramıyordum ve "başka bir şey deneyeceğim" dedim. Advil aldım. 15 dakika sonra, bütün gücüyle saldırmış bir astım kriziyle acile doğru gidiyordum. Şimdi, gördüğünüz gibi, ölümcül değildi. Ama maalesef, bazıları için ters ilaç tepkimeleri ölümcül olabiliyor.
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.
Peki bunları önleyebilmek için neler yapabiliriz? Mesela, bir gelecek hayal edebiliriz; Geraldine'in bir çipte olduğu, Danielle'nin bir çipte olduğu, sizin çipte olduğunuz bir gelecek.
Personalized medicine. Thank you.
Kişiselleştirilmiş ilaçlar. Teşekkür ederim.
(Applause)
(Alkışlar)