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.

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.

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.

Avem deci nevoie de metode mai bune. E nevoie de celule umane, dar cărora sa le oferim un mediu confortabil în afara organismului.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Cum le prevenim? Ne putem imagina că, într-o zi, o avem pe Geraldine pe un cip, sau pe Danielle pe un cip.

Sursa