Geraldine Hamilton: Body parts on a chip

Překladatel: Vladimír Harašta Korektor: Lukáš Kucharczyk

We have a global health challenge

Držíme dnes ve svých rukou

in our hands today,

celosvětovou zdravotnickou výzvu.

and that is that the way we currently

Problém spočívá v tom, že způsob,

discover and develop new drugs

jakým objevujeme a vyvíjíme nové léky,

is too costly, takes far too long,

je příliš drahý, zabere nám spoustu času

and it fails more often than it succeeds.

a častěji končí selháním než úspěchem.

It really just isn't working, and that means

Prostě to nefunguje. Znamená to,

that patients that badly need new therapies

že se pacientům, kteří to zoufale potřebují,

are not getting them,

nedostávají nové způsoby léčby

and diseases are going untreated.

a nemoci zůstávají neléčené.

We seem to be spending more and more money.

Vypadá to, že utrácíme víc a víc peněz.

So for every billion dollars we spend in R&D,

Za každou miliardu dolarů, kterou utratíme za vědu a výzkum,

we're getting less drugs approved into the market.

získáváme méně léků schválených pro trh.

More money, less drugs. Hmm.

Více peněz, méně léků. Hmm.

So what's going on here?

Takže o co tady jde?

Well, there's a multitude of factors at play,

Ve hře je mnoho faktorů,

but I think one of the key factors

já ale myslím, že jedním z klíčových faktorů je,

is that the tools that we currently have

že nástroje, které dnes používáme

available to test whether a drug is going to work,

k testování, zda bude lék fungovat,

whether it has efficacy,

jestli je účinný

or whether it's going to be safe

nebo jestli bude bezpečný,

before we get it into human clinical trials,

než ho zařadíme do klinických zkoušek na lidech,

are failing us. They're not predicting

selhávají. Nedá se předem určit,

what's going to happen in humans.

jaké účinky bude mít lék na lidi.

And we have two main tools available

K dispozici máme

at our disposal.

dva hlavní nástroje.

They are cells in dishes and animal testing.

Těmi nástroji jsou buňky v miskách a testování na zvířatech.

Now let's talk about the first one, cells in dishes.

Nejdřív se pojďme bavit o prvním způsobu, o buňkách v misce.

So, cells are happily functioning in our bodies.

Buňky si spokojeně pracují v našich tělech.

We take them and rip them out

My je vezmeme a vytrhneme je

of their native environment, throw them in one of these dishes,

z jejich přirozeného prostředí, vhodíme je do misky

and expect them to work.

a očekáváme od nich, že budou fungovat.

Guess what. They don't.

A hádejte, co se stane. Nefungují.

They don't like that environment

Nelíbí se jim v novém prostředí,

because it's nothing like

protože nemá nic společného s tím

what they have in the body.

jak se měly v těle.

What about animal testing?

A co testování na zvířatech?

Well, animals do and can provide

Zvířata mohou být a jsou zdrojem

extremely useful information.

velmi užitečných informací.

They teach us about what happens

Učí nás o tom, co probíhá

in the complex organism.

ve složitých organismech.

We learn more about the biology itself.

Dozvídáme se víc o samotné biologii.

However, more often than not,

Avšak častěji se stane,

animal models fail to predict what will happen in humans

že testy na zvířatech neodpovídají na otázku, jaký účinek bude mít na lidi

when they're treated with a particular drug.

léčba tím kterým lékem.

So we need better tools.

Takže potřebujeme lepší nástroje.

We need human cells,

Potřebujeme lidské buňky,

but we need to find a way to keep them happy

ale musíme najít způsob, jak je udržet spokojené

outside the body.

mimo tělo.

Our bodies are dynamic environments.

Naše tělo je dynamické prostředí.

We're in constant motion.

Jsme neustále v pohybu.

Our cells experience that.

A naše buňky jsou na to zvyklé.

They're in dynamic environments in our body.

Jsou součástí dynamického prostředí v našem těle.

They're under constant mechanical forces.

Jsou pod neustálým tlakem mechanických sil.

So if we want to make cells happy

Takže pokud chceme, aby buňky žily spokojeně

outside our bodies,

i mimo naše těla,

we need to become cell architects.

musíme se stát buněčnými architekty.

We need to design, build and engineer

Musíme navrhnout, vybudovat a zařídit

a home away from home for the cells.

buňkám domov jinde.

And at the Wyss Institute,

Ve Wyss Institute

we've done just that.

jsme právě to provedli.

We call it an organ-on-a-chip.

Říkáme tomu orgány na čipu.

And I have one right here.

Jeden tady mám.

It's beautiful, isn't it? But it's pretty incredible.

Je nádherný, že? A je neuvěřitelný.

Right here in my hand is a breathing, living

Zde držím dýchací orgán,

human lung on a chip.

živé lidské plíce na čipu.

And it's not just beautiful.

Nejsou jen nádherné.

It can do a tremendous amount of things.

Zvládájí ohromné množství věcí.

We have living cells in that little chip,

Na tom malém čipu máme živé buňky,

cells that are in a dynamic environment

které jsou v dynamickém prostředí

interacting with different cell types.

a vzájemně na sebe působí s jinými typy buněk.

There's been many people

Mnozí už se pokoušeli

trying to grow cells in the lab.

pěstovat buňky v laboratoři.

They've tried many different approaches.

Zkoušeli mnoho odlišných přístupů.

They've even tried to grow little mini-organs in the lab.

Dokonce se v laboratoři pokoušeli vypěstovat malé mini-orgány.

We're not trying to do that here.

My na to jdeme jinak.

We're simply trying to recreate

Jednoduše na tom malinkém čipu

in this tiny chip

oživíme

the smallest functional unit

nejmenší funkční jednotku,

that represents the biochemistry,

která představuje biochemii,

the function and the mechanical strain

funkce a mechanické zatížení,

that the cells experience in our bodies.

jaké buňky znají z našeho těla.

So how does it work? Let me show you.

Jak to funguje? Ukážu vám to.

We use techniques from the computer chip

Používáme techniky známé z výroby

manufacturing industry

počítačových čipů,

to make these structures at a scale

abychom tyto struktury vyrobili v měřítku,

relevant to both the cells and their environment.

odpovídajícímu jak buňkám, tak jejich prostředí.

We have three fluidic channels.

Máme tři fluidní kanály.

In the center, we have a porous, flexible membrane

Uprostřed je porézní, pružná membrána,

on which we can add human cells

na kterou můžeme nanášet buňky

from, say, our lungs,

třeba z našich plic

and then underneath, they had capillary cells,

a vespod jsou kapilární buňky

the cells in our blood vessels.

odebrané z našich cév.

And we can then apply mechanical forces to the chip

Na čip pak působíme mechanickými silami,

that stretch and contract the membrane,

které napínají a stlačují membránu,

so the cells experience the same mechanical forces

takže buňky mají dojem, že na ně působí stejné mechanické zatížení,

that they did when we breathe.

jako při dýchání.

And they experience them how they did in the body.

Mají stejné podmínky jako uvnitř těla.

There's air flowing through the top channel,

Horním kanálem proudí vzduch

and then we flow a liquid that contains nutrients

a krevní kanál přivádí kapalinu,

through the blood channel.

která obsahuje živiny.

Now the chip is really beautiful,

Čip je opravdu překrásný,

but what can we do with it?

ale co se s tím vším dá dělat?

We can get incredible functionality

Do těchto malých čipů dokážeme

inside these little chips.

vměstnat neuvěřitelné funkce.

Let me show you.

Předvedu vám to.

We could, for example, mimic infection,

Například umíme napodobit infekci,

where we add bacterial cells into the lung.

pokud k plicním buňkám přidáme buňky bakterií.

then we can add human white blood cells.

Pak můžeme přidat bílé krvinky.

White blood cells are our body's defense

Bílé krvinky chrání naše tělo

against bacterial invaders,

proti bakteriálním vetřelcům

and when they sense this inflammation due to infection,

a když zavětří infekční zánět,

they will enter from the blood into the lung

prostoupí krví do plic

and engulf the bacteria.

a pohltí bakterie.

Well now you're going to see this happening

Teď uvidíte naživo, jak to probíhá

live in an actual human lung on a chip.

ve skutečných plicích, umístěných na čipu.

We've labeled the white blood cells so you can see them flowing through,

Bílé krvinky jsme označili, aby bylo vidět, jak proudí kolem

and when they detect that infection,

a když zaznamenají infekci,

they begin to stick.

začnou se zachytávat.

They stick, and then they try to go into the lung

Přichytí se a pak zkoušejí krevním kanálem

side from blood channel.

prostoupit do plic.

And you can see here, we can actually visualize

Tady vidíte, že vlastně můžeme zobrazit

a single white blood cell.

cestu jedné bílé krvinky.

It sticks, it wiggles its way through

Zachytí se, klestí si cestu

between the cell layers, through the pore,

mezi vrstvami buněk, prochází pórem,

comes out on the other side of the membrane,

vychází na druhé straně membrány

and right there, it's going to engulf the bacteria

a tam se chystá pohltit bakterii

labeled in green.

označenou zeleně.

In that tiny chip, you just witnessed

V prostředí malinkatého čipu jste se právě stali svědky

one of the most fundamental responses

jedné z nejzákladnějších reakcí,

our body has to an infection.

kterou naše tělo odolává infekci.

It's the way we respond to -- an immune response.

Je to způsob, jak reagujeme na -- imunitní odezvy.

It's pretty exciting.

Je to docela vzrušující.

Now I want to share this picture with you,

Nyní bych vám chtěla ukázat tenhle obrázek,

not just because it's so beautiful,

nejen protože je tak nádherný,

but because it tells us an enormous amount of information

ale protože z něho získáváme obrovské množství informací o tom,

about what the cells are doing within the chips.

jak se buňkám daří uvnitř čipů.

It tells us that these cells

Ukazuje, že buňky

from the small airways in our lungs,

z malých dýchacích cest v plicích,

actually have these hairlike structures

mají vlastně tuhle vlasovitou podobu,

that you would expect to see in the lung.

která je pro ně příznačná.

These structures are called cilia,

Nazýváme je řasinky

and they actually move the mucus out of the lung.

a ty přesouvají hlen z plic ven.

Yeah. Mucus. Yuck.

Ano. Hlen. Fuj.

But mucus is actually very important.

Ale hlen je vlastně velmi důležitý.

Mucus traps particulates, viruses,

Zachytává částice, viry,

potential allergens,

potenciální alergeny

and these little cilia move

a tyhle malé řasinky

and clear the mucus out.

stěhují hlen a odstraňují ho.

When they get damaged, say,

Když jsou poškozené,

by cigarette smoke for example,

dejme tomu cigaretovým kouřem,

they don't work properly, and they can't clear that mucus out.

nefungují správně a hlen neodstraňují.

And that can lead to diseases such as bronchitis.

A to může vést k nemocem jako je zánět průdušek.

Cilia and the clearance of mucus

Řasinky a likvidace hlenu

are also involved in awful diseases like cystic fibrosis.

se také podílí na hrozných nemocech jako je cystická fibróza.

But now, with the functionality that we get in these chips,

Ale teď, s funkcemi, které jsme vpravili do čipů,

we can begin to look

se můžeme porozhlédnout

for potential new treatments.

po potenciální nové léčbě.

We didn't stop with the lung on a chip.

Plíce na čipu jsou jenom začátek.

We have a gut on a chip.

Na čipu máme střevo.

You can see one right here.

Tady ho můžete vidět.

And we've put intestinal human cells

Umístili jsme sem buňky

in a gut on a chip,

z lidského střeva,

and they're under constant peristaltic motion,

které jsou v neustálém peristaltickém pohybu,

this trickling flow through the cells,

tímto proudem prosakujícím buňkami

and we can mimic many of the functions

a my můžeme napodobit spoustu funkcí,

that you actually would expect to see

které jsou u lidského střeva

in the human intestine.

obvyklé.

Now we can begin to create models of diseases

Můžeme začít modelovat nemoci

such as irritable bowel syndrome.

jako je syndrom dráždivého tračníku.

This is a disease that affects

Je to nemoc, která se dotýká

a large number of individuals.

velkého počtu osob.

It's really debilitating,

Je opravdu vysilující

and there aren't really many good treatments for it.

a neexistuje na ni mnoho vhodných léků.

Now we have a whole pipeline

Máme celý řetězec čipů,

of different organ chips

vytvořený z různých orgánů,

that we are currently working on in our labs.

na kterých v našich laboratořích pracujeme.

Now, the true power of this technology, however,

Avšak skutečná síla této technologie

really comes from the fact

vychází ze skutečnosti,

that we can fluidically link them.

že můžeme kanály propojovat.

There's fluid flowing across these cells,

Přes buňky proudí kapalina,

so we can begin to interconnect

takže můžeme začít propojovat

multiple different chips together

různé čipy dohromady

to form what we call a virtual human on a chip.

a vytvářet tak něco, čemu říkáme virtuální člověk na čipu.

Now we're really getting excited.

Jsme z toho opravdu nadšení.

We're not going to ever recreate a whole human in these chips,

Nechystáme se rekonstruovat z čipů celého člověka,

but what our goal is is to be able to recreate

ale naším cílem je umět reprodukovat

sufficient functionality

postačující funkcionalitu,

so that we can make better predictions

abychom mohli lépe předvídat,

of what's going to happen in humans.

co se bude dít v lidském těle.

For example, now we can begin to explore

Například odteď můžeme zkoumat,

what happens when we put a drug like an aerosol drug.

co se děje, když podáváme lék v podobě aerosolu.

Those of you like me who have asthma, when you take your inhaler,

Když ti z vás, kteří trpí astmatem jako já, použijí inhalátor,

we can explore how that drug comes into your lungs,

můžeme zkoumat, jak lék vniká do plic,

how it enters the body,

jak vstupuje do těla

how it might affect, say, your heart.

a jaký třeba může mít vliv na vaše srdce.

Does it change the beating of your heart?

Ovlivní lék tlukot vašeho srdce?

Does it have a toxicity?

Je toxický?

Does it get cleared by the liver?

Dokážou ho játra odbourat?

Is it metabolized in the liver?

Je metabolizovaný v játrech?

Is it excreted in your kidneys?

Vyloučí ho ledviny?

We can begin to study the dynamic

Můžeme začít studovat

response of the body to a drug.

dynamické reakce těla na účinky léku.

This could really revolutionize

To by mohlo opravdu způsobit revoluci

and be a game changer

a dramaticky změnit budoucnost

for not only the pharmaceutical industry,

nejen ve farmaceutickém průmyslu,

but a whole host of different industries,

ale také v celé řadě rozličných odvětví,

including the cosmetics industry.

včetně kosmetického průmyslu.

We can potentially use the skin on a chip

Na čip můžeme třeba umístit kůži,

that we're currently developing in the lab

kterou právě vyvíjíme v laboratoři,

to test whether the ingredients in those products

abychom otestovali, jestli jsou složky produktu,

that you're using are actually safe to put on your skin

kterým jste se právě natřeli, bezpečné pro vaši kůži,

without the need for animal testing.

aniž by je bylo třeba testovat na zvířatech.

We could test the safety

Mohli bychom testovat bezpečnost chemikálií,

of chemicals that we are exposed to

kterým jsme každý den vystaveni

on a daily basis in our environment,

v našem životním prostředí,

such as chemicals in regular household cleaners.

třeba takových, jako jsou běžné čistící prostředky.

We could also use the organs on chips

Mohli bychom také na čipy umístit orgány,

for applications in bioterrorism

na které se zaměřují bioteroristé

or radiation exposure.

nebo jež jsou vystavovány radiaci.

We could use them to learn more about

Mohli bychom je použít k rozpoznání nemocí

diseases such as ebola

jako je ebola

or other deadly diseases such as SARS.

nebo jiných smrtelných nemocí, jako je SARS.

Organs on chips could also change

Orgány na čipech by mohly v budoucnu

the way we do clinical trials in the future.

změnit způsob provádění klinických testů.

Right now, the average participant

Dneska je typický účastník

in a clinical trial is that: average.

klinických testů: průměrný.

Tends to be middle aged, tends to be female.

Bývá to žena středního věku.

You won't find many clinical trials

Nenašli byste mnoho takových testů,

in which children are involved,

do kterých jsou zapojené děti,

yet every day, we give children medications,

zatím dáváme každý den dětem léky

and the only safety data we have on that drug

a jediná bezpečná data, která o nich známe,

is one that we obtained from adults.

jsou ta, která jsme získali testováním dospělých.

Children are not adults.

Děti nejsou dospělí.

They may not respond in the same way adults do.

Děti nereagují na léky stejně jako dospělí.

There are other things like genetic differences

Jsou i jiné věci, jako třeba genetické rozdíly

in populations

mezi populacemi,

that may lead to at-risk populations

které mohou vést k jejich ohrožení

that are at risk of having an adverse drug reaction.

vlivem nežádoucích reakcí na léky.

Now imagine if we could take cells from all those different populations,

Představte si, že bychom mohli vzít buňky různým věkovým skupinám lidí,

put them on chips,

umístit je na čipy

and create populations on a chip.

a vytvořit populační skupiny lidí na čipech.

This could really change the way

To by opravdu mohlo změnit způsob

we do clinical trials.

provádění klinických testů.

And this is the team and the people that are doing this.

A tohle je tým a lidé okolo, kteří se tím zabývají.

We have engineers, we have cell biologists,

Máme inženýry, máme buněčné biology,

we have clinicians, all working together.

máme klinické lékaře, kteří všichni spolupracují.

We're really seeing something quite incredible

Ve Wyss Institute pozorujeme něco

at the Wyss Institute.

zcela neuvěřitelného.

It's really a convergence of disciplines,

Pozorujeme, jak dochází ke sbližování oborů,

where biology is influencing the way we design,

kdy biologie ovlivňuje způsob, jakým navrhujeme,

the way we engineer, the way we build.

konstruujeme, stavíme.

It's pretty exciting.

Je to docela vzrušující.

We're establishing important industry collaborations

Navazujeme důležité vazby s průmyslem,

such as the one we have with a company

například spolupracujeme se společností,

that has expertise in large-scale digital manufacturing.

která má zkušenosti s digitální výrobou ve velkém měřítku.

They're going to help us make,

Pomohou nám s výrobou

instead of one of these,

ne jednoho,

millions of these chips,

ale miliónů těchto čipů,

so that we can get them into the hands

aby se dostaly do rukou

of as many researchers as possible.

co největšímu počtu výzkumníků.

And this is key to the potential of that technology.

A to je klíč k otevření potenciálu této technologie.

Now let me show you our instrument.

Dovolte mi, abych vám předvedla naše zařízení.

This is an instrument that our engineers

Je to prototyp, který naši inženýři

are actually prototyping right now in the lab,

konstruují v laboratoři

and this instrument is going to give us

a tento přístroj nám poskytuje

the engineering controls that we're going to require

ovládací prvky, které budeme potřebovat,

in order to link 10 or more organ chips together.

abychom propojili 10 nebo i více orgánů na čipech dohromady.

It does something else that's very important.

Má něco velmi důležitého.

It creates an easy user interface.

Nabízí jednoduché uživatelské rozhraní.

So a cell biologist like me can come in,

Takkže buněční biologové, jako jsem já, mohou přijít, vzít čip,

take a chip, put it in a cartridge

umístit ho do kazety,

like the prototype you see there,

jako tento prototyp, který zde vidíte,

put the cartridge into the machine

kazetu vložím do přístroje

just like you would a C.D.,

jako do CD přehrávače

and away you go.

a můžu jít.

Plug and play. Easy.

Zapojím a funguje. Snadné.

Now, let's imagine a little bit

Pojďme se spolu zasnít o tom,

what the future might look like

co by to znamenalo pro budoucnost,

if I could take your stem cells

kdybych mohla vzít vaše kmenové buňky

and put them on a chip,

a dát je na čip

or your stem cells and put them on a chip.

nebo třeba ty vaše a dát je na čip.

It would be a personalized chip just for you.

Byl by to čip přizpůsobený konkrétně vám.

Now all of us in here are individuals,

Všichni zde jsme různí jedinci

and those individual differences mean

a rozdíly mezi jedinci znamenají,

that we could react very differently

že budeme na léky reagovat

and sometimes in unpredictable ways to drugs.

rozdílně a někdy i neočekávaně.

I myself, a couple of years back, had a really bad headache,

Já sama jsem před pár lety měla opravdu hrozné bolesti hlavy,

nemohla jsem se jí zbavit a říkala jsem si „Zkusím něco jiného.“

just couldn't shake it, thought, "Well, I'll try something different."

I took some Advil. Fifteen minutes later,

Vzala jsem si nějaký Advil. Patnáct minut nato

I was on my way to the emergency room

už mě vezli na pohotovost

with a full-blown asthma attack.

s plně rozvinutým astmatickým záchvatem.

Now, obviously it wasn't fatal,

Nebylo to samozřejmě smrtelné,

but unfortunately, some of these

ale naneštěstí některá z těchto reakcí

adverse drug reactions can be fatal.

na nežádoucí účinky léku smrtelná být může.

So how do we prevent them?

Jak jim tedy můžeme předcházet?

Well, we could imagine one day

Představte si, že jednou budeme mít

having Geraldine on a chip,

Geraldinu na čipu,

having Danielle on a chip,

Danielu na čipu,

having you on a chip.

že vy budete na čipu.

Personalized medicine. Thank you.

Představte si individuální medicínu. Děkuji.

(Applause)

(Potlesk)