Geraldine Hamilton: Body parts on a chip

Traduttore: Carlo Schiatti Revisore: Debora Serrentino

We have a global health challenge

Oggi dobbiamo raccogliere una sfida per la salute globale

in our hands today,

nelle nostre mani:

and that is that the way we currently

il metodo con cui attualmente

discover and develop new drugs

scopriamo e sviluppiamo nuove medicine

is too costly, takes far too long,

è troppo costoso, estremamente lungo,

and it fails more often than it succeeds.

e fallisce più spesso di quanto abbia successo.

It really just isn't working, and that means

Non funziona proprio, e questo significa

that patients that badly need new therapies

che pazienti che hanno urgente bisogno di nuove terapie

are not getting them,

non le ottengono

and diseases are going untreated.

che le malattie restano senza cura.

We seem to be spending more and more money.

Sembra che spendiamo sempre più denaro.

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

Ma per ogni miliardo di dollari che spendiamo in ricerca e sviluppo,

we're getting less drugs approved into the market.

mettiamo sul mercato sempre meno medicinali approvati.

More money, less drugs. Hmm.

Più soldi, meno medicinali. Hmm.

So what's going on here?

Quindi, che cosa sta succedendo?

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

Beh, c'è una moltitudine di fattori in gioco,

but I think one of the key factors

ma io credo che uno dei fattori chiave

is that the tools that we currently have

sia che gli strumenti che abbiamo

available to test whether a drug is going to work,

a disposizione per verificare se un medicinale funzionerà,

whether it has efficacy,

se è efficace,

or whether it's going to be safe

oppure se sarà sicuro

before we get it into human clinical trials,

prima di sperimentarlo sull'uomo,

are failing us. They're not predicting

ci stiano ingannando. Non ci predicono

what's going to happen in humans.

che cosa succederà sugli esseri umani.

And we have two main tools available

Abbiamo due strumenti principali

at our disposal.

a nostra disposizione.

They are cells in dishes and animal testing.

Sono la coltura in vitro e i test sugli animali.

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

Parliamo ora del primo, la coltura in vitro.

So, cells are happily functioning in our bodies.

Allora, le cellule funzionano felicemente nei nostri corpi.

We take them and rip them out

Noi le prendiamo e le strappiamo

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

dal loro ambiente naturale, le buttiamo in uno di questi piatti,

and expect them to work.

e ci aspettiamo che lavorino.

Guess what. They don't.

Indovinate. Non lo fanno.

They don't like that environment

Non gli piace quell'ambiente

because it's nothing like

perché non ha niente a che vedere

what they have in the body.

con quello che hanno all'interno del corpo.

What about animal testing?

Che cosa dire dei test sugli animali?

Well, animals do and can provide

Gli animali forniscono e possono fornire

extremely useful information.

informazioni estremamente utili.

They teach us about what happens

Ci insegnano che cosa accade

in the complex organism.

in un organismo complesso.

We learn more about the biology itself.

Impariamo di più a proposito della biologia stessa.

However, more often than not,

Nondimeno, molto spesso,

animal models fail to predict what will happen in humans

i modelli animali non riescono a predire che cosa succederà negli esseri umani

when they're treated with a particular drug.

quando vengono curati con un particolare farmaco.

So we need better tools.

Quindi abbiamo bisogno di strumenti migliori.

We need human cells,

Ci servono cellule umane,

but we need to find a way to keep them happy

ma dobbiamo trovare il modo di mantenerle felici

outside the body.

al di fuori del corpo.

Our bodies are dynamic environments.

I nostri corpi sono ambienti dinamici.

We're in constant motion.

Noi siamo in continuo movimento.

Our cells experience that.

E le nostre cellule lo sperimentano.

They're in dynamic environments in our body.

Si trovano in ambienti dinamici all'interno del nostro corpo.

They're under constant mechanical forces.

Sono sottoposte a forze meccaniche costanti.

So if we want to make cells happy

Se vogliamo rendere le cellule felici

outside our bodies,

fuori dai nostri corpi,

we need to become cell architects.

dobbiamo diventare architetti per le cellule.

We need to design, build and engineer

Dobbiamo progettare, costruire ed organizzare

a home away from home for the cells.

una casa per le cellule lontano da casa.

And at the Wyss Institute,

E al Wyss Institute,

we've done just that.

abbiamo fatto proprio questo.

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

Lo chiamiamo un "organo in un chip".

And I have one right here.

E ne ho uno proprio qui.

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

Bello, vero? Ma è proprio incredibile.

Right here in my hand is a breathing, living

Proprio qui nella mia mano c'è

human lung on a chip.

un polmone umano che vive e respira su un chip.

And it's not just beautiful.

E non è solo bello.

It can do a tremendous amount of things.

Può fare un'enormità di cose.

We have living cells in that little chip,

Abbiamo cellule viventi in quel piccolo chip,

cells that are in a dynamic environment

cellule che sono in un ambiente dinamico

interacting with different cell types.

e che interagiscono con altri tipi di cellule.

There's been many people

Molte persone

trying to grow cells in the lab.

hanno tentato di far crescere cellule in laboratorio.

They've tried many different approaches.

Hanno provato con diversi approcci.

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

Hanno addirittura tentato di far crescere in laboratorio piccoli mini-organi.

We're not trying to do that here.

Noi non stiamo cercando di fare questo.

We're simply trying to recreate

Stiamo semplicemente provando a ricreare

in this tiny chip

in questo sottile chip

the smallest functional unit

la più piccola unità funzionale

that represents the biochemistry,

che rappresenta la biochimica,

the function and the mechanical strain

la funzione e lo sforzo meccanico

that the cells experience in our bodies.

che le cellule sperimentano nel nostro corpo.

So how does it work? Let me show you.

Ma come funziona? Adesso ve lo mostro.

We use techniques from the computer chip

Usiamo tecniche proprie della produzione

manufacturing industry

dell'industria dei chip per computer

to make these structures at a scale

per realizzare queste strutture in una scala

relevant to both the cells and their environment.

che sia rilevante sia per le cellule che per il loro ambiente.

We have three fluidic channels.

Abbiamo tre canali per i fluidi.

In the center, we have a porous, flexible membrane

Al centro, abbiamo una membrana porosa e flessibile

on which we can add human cells

sulla quale possiamo aggiungere cellule umane

from, say, our lungs,

provenienti, ad esempio, dai nostri polmoni,

and then underneath, they had capillary cells,

e poi sotto, ci sono cellule capillari,

the cells in our blood vessels.

le cellule dei nostri vasi sanguigni.

And we can then apply mechanical forces to the chip

Possiamo poi applicare forze meccaniche al chip

that stretch and contract the membrane,

che stirano e comprimono la membrana,

so the cells experience the same mechanical forces

in modo che le cellule sperimentino le stesse forze meccaniche

that they did when we breathe.

di quando respiriamo.

And they experience them how they did in the body.

E lo fanno come all'interno del corpo.

There's air flowing through the top channel,

C'è dell'aria che scorre attraverso il canale superiore,

and then we flow a liquid that contains nutrients

poi facciamo scorrere del liquido che contiene nutrienti

through the blood channel.

attraverso il canale sanguigno.

Now the chip is really beautiful,

Ora, il chip è davvero bello,

but what can we do with it?

ma che cosa possiamo farci?

We can get incredible functionality

Possiamo ottenere una funzionalità incredibile

inside these little chips.

dentro questi piccoli chip.

Let me show you.

Lasciate che ve lo mostri.

We could, for example, mimic infection,

Possiamo, ad esempio, imitare le infezioni,

where we add bacterial cells into the lung.

quando aggiungiamo batteri nei polmoni,

then we can add human white blood cells.

poi possiamo aggiungere globuli bianchi umani.

White blood cells are our body's defense

I globuli bianchi sono la difesa del nostro corpo

against bacterial invaders,

contro gli invasori batterici,

and when they sense this inflammation due to infection,

e quando loro si accorgono di questa infiammazione causata dall'infezione,

they will enter from the blood into the lung

entrano dal sangue nei polmoni

and engulf the bacteria.

ed avvolgono i batteri.

Well now you're going to see this happening

Adesso vedrete succedere questo

live in an actual human lung on a chip.

dal vivo in un vero polmone umano su un chip.

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

Abbiamo marcato i globuli bianchi in modo che possiate vederli scorrere,

and when they detect that infection,

e quando si accorgono dell'infezione,

they begin to stick.

iniziano ad attaccarsi.

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

Si attaccano e poi provano ad entrare nel polmone

side from blood channel.

staccandosi dal flusso sanguigno.

And you can see here, we can actually visualize

E come potete vedere, noi possiamo davvero visualizzare

a single white blood cell.

un singolo globulo bianco.

It sticks, it wiggles its way through

Si attacca, trova la strada

between the cell layers, through the pore,

tra le pareti cellulari, attraverso i pori,

comes out on the other side of the membrane,

esce dall'altra parte della membrana,

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

e proprio lì, sta per inglobare il batterio

labeled in green.

segnato in verde.

In that tiny chip, you just witnessed

In questo minuscolo chip avete appena assistito

one of the most fundamental responses

ad una delle fondamentali risposte

our body has to an infection.

che il nostro corpo ha ad un'infezione.

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

È il modo in cui noi rispondiamo, una risposta immunitaria.

It's pretty exciting.

È piuttosto avvincente.

Now I want to share this picture with you,

Adesso voglio condividere questa immagine con voi,

not just because it's so beautiful,

non solo perché è così bella,

but because it tells us an enormous amount of information

ma perché ci fornisce un enorme insieme di informazioni

about what the cells are doing within the chips.

su cosa stanno facendo le cellule all'interno del chip.

It tells us that these cells

Ci dice che quelle cellule

from the small airways in our lungs,

provenienti dai piccoli alveoli nei nostri polmoni,

actually have these hairlike structures

in realtà hanno questo aspetto simile a capelli

that you would expect to see in the lung.

che vi aspettereste di vedere nel polmone.

These structures are called cilia,

Queste strutture sono chiamate ciglia

and they actually move the mucus out of the lung.

e mandano fuori il muco dal polmone.

Yeah. Mucus. Yuck.

Sì. Muco. Che schifo.

But mucus is actually very important.

Ma il muco è in realtà molto importante.

Mucus traps particulates, viruses,

Il muco intrappola il particolato, i virus,

potential allergens,

potenziali allergeni,

and these little cilia move

e queste piccole ciglia si muovono

and clear the mucus out.

e si disfano del muco.

When they get damaged, say,

Quando vengono danneggiate,

by cigarette smoke for example,

dal fumo di sigaretta per esempio,

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

non lavorano correttamente, e non possono disfarsi del muco.

And that can lead to diseases such as bronchitis.

E questo può condurre a malattie come la bronchite.

Cilia and the clearance of mucus

Le ciglia e la pulizia dal muco

are also involved in awful diseases like cystic fibrosis.

sono anche coinvolte in tremende malattie come la fibrosi cistica.

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

Ma ora, con le funzionalità che abbiamo in questi chip

we can begin to look

possiamo iniziare una ricerca

for potential new treatments.

di nuove cure potenziali.

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

Non ci siamo fermati con un polmone su un chip.

We have a gut on a chip.

Abbiamo un intestino sopra un chip.

You can see one right here.

Potete vederne uno proprio qui.

And we've put intestinal human cells

Abbiamo messo cellule intestinali

in a gut on a chip,

dentro ad un intestino sopra un chip,

and they're under constant peristaltic motion,

queste sono in un costante moto peristaltico,

this trickling flow through the cells,

un flusso gocciolante attraverso le cellule,

and we can mimic many of the functions

e possiamo imitare molte delle funzioni

that you actually would expect to see

che realmente ci si aspetterebbe di vedere

in the human intestine.

in un intestino umano.

Now we can begin to create models of diseases

Adesso possiamo iniziare a creare modelli di malattie

such as irritable bowel syndrome.

come la sindrome del colon irritabile.

This is a disease that affects

È una malattia che colpisce

a large number of individuals.

un gran numero di individui.

It's really debilitating,

Ed è davvero debilitante,

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

e non ci sono davvero molte cure efficaci per essa.

Now we have a whole pipeline

Adesso abbiamo un'intera catena

of different organ chips

di differenti organi su chip

that we are currently working on in our labs.

che al momento stanno lavorando nei nostri laboratori.

Now, the true power of this technology, however,

Ora, il vero potenziale di questa tecnologia, comunque,

really comes from the fact

proviene dal fatto

that we can fluidically link them.

che possiamo collegarle attraverso i fluidi.

There's fluid flowing across these cells,

C'è del fluido che scorre attraverso queste cellule,

so we can begin to interconnect

e quindi possiamo iniziare ad interconnettere

multiple different chips together

molti chip diversi

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

per formare quello che chiamiamo un essere umano virtuale su un chip.

Now we're really getting excited.

Adesso siamo veramente molto eccitati.

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

Non ricreeremo mai un intero umano su questi chip,

but what our goal is is to be able to recreate

ma il nostro obiettivo è di riuscire a ricreare

sufficient functionality

abbastanza funzionalità

so that we can make better predictions

per potere effettuare previsioni migliori

of what's going to happen in humans.

su cosa succede nel corpo umano.

For example, now we can begin to explore

Per esempio, adesso possiamo iniziare ad esplorare

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

quello che accade quando assumiamo un farmaco tipo un medicinale per aerosol.

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

Per quelli di voi che come me soffrono di asma, quando usate il vostro inalatore,

we can explore how that drug comes into your lungs,

possiamo esplorare come il medicinale entra nei polmoni,

how it enters the body,

come penetra nel corpo,

how it might affect, say, your heart.

come può interagire, diciamo, con il cuore.

Does it change the beating of your heart?

Altera il battito cardiaco?

Does it have a toxicity?

È tossico?

Does it get cleared by the liver?

Viene purificato dal fegato?

Is it metabolized in the liver?

Viene metabolizzato nel fegato?

Is it excreted in your kidneys?

Viene espulso dai reni?

We can begin to study the dynamic

Possiamo iniziare a studiare la risposta dinamica

response of the body to a drug.

del corpo ad un medicinale.

This could really revolutionize

Questo potrebbe davvero rivoluzionare

and be a game changer

e cambiare le regole del gioco

for not only the pharmaceutical industry,

non solo per l'industria farmaceutica,

but a whole host of different industries,

ma per un intero comparto di diverse industrie,

including the cosmetics industry.

compresa l'industria dei cosmetici.

We can potentially use the skin on a chip

Potenzialmente possiamo usare la pelle su un chip

that we're currently developing in the lab

che stiamo attualmente sviluppando in laboratorio

to test whether the ingredients in those products

per testare se i componenti in quei prodotti

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

che state usando sono davvero sicuri per la pelle

without the need for animal testing.

senza bisogno di test sugli animali.

We could test the safety

Possiamo verificare la sicurezza

of chemicals that we are exposed to

di sostanze a cui siamo esposti

on a daily basis in our environment,

giornalmente nel nostro ambiente,

such as chemicals in regular household cleaners.

come i componenti dei normali detersivi domestici.

We could also use the organs on chips

Possiamo anche usare gli organi su chip

for applications in bioterrorism

per applicazioni nel bioterrorismo

or radiation exposure.

o di esposizione alle radiazioni.

We could use them to learn more about

Possiamo usarli per apprendere di più

diseases such as ebola

su infezioni come Ebola

or other deadly diseases such as SARS.

o altre infezioni mortali come la SARS.

Organs on chips could also change

Gli organi su chip potrebbero anche cambiare

the way we do clinical trials in the future.

il modo di effettuare i test clinici nel futuro.

Right now, the average participant

Al momento il partecipante medio

in a clinical trial is that: average.

in una sperimentazione clinica è questo: medio.

Tends to be middle aged, tends to be female.

Tende ad essere di età media, tende ad essere donna.

You won't find many clinical trials

Non troverete molte sperimentazioni cliniche

in which children are involved,

dove vengono coinvolti bambini,

yet every day, we give children medications,

eppure ogni giorno, diamo ai bambini medicinali,

and the only safety data we have on that drug

i cui unici dati di sicurezza che abbiamo

is one that we obtained from adults.

sono quelli ottenuti da adulti.

Children are not adults.

I bambini non sono adulti.

They may not respond in the same way adults do.

Potrebbero non reagire allo stesso modo degli adulti.

There are other things like genetic differences

Ci sono altri fattori come le diversità genetiche

in populations

nelle popolazioni

that may lead to at-risk populations

che le possono mettere a rischio,

that are at risk of having an adverse drug reaction.

il rischio di avere reazioni avverse al farmaco.

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

Ora, immaginate se potessimo prendere cellule da tutte queste popolazioni differenti,

put them on chips,

metterle su dei chip,

and create populations on a chip.

e creare popolazioni su chip.

This could really change the way

Questo potrebbe davvero cambiare il modo

we do clinical trials.

di effettuare le sperimentazioni cliniche.

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

E questa è la squadra e le persone che stanno facendo questo.

We have engineers, we have cell biologists,

Ci sono ingegneri, ci sono biologi cellulari,

we have clinicians, all working together.

ci sono medici, lavorano tutti insieme.

We're really seeing something quite incredible

Stiamo davvero assistendo a qualcosa di incredibile

at the Wyss Institute.

al Wyss Institute.

It's really a convergence of disciplines,

È davvero una convergenza di discipline,

where biology is influencing the way we design,

dove la biologia sta influenzando il modo di progettare,

the way we engineer, the way we build.

il modo di organizzare, di costruire.

It's pretty exciting.

È piuttosto emozionante.

We're establishing important industry collaborations

Stiamo creando importanti collaborazioni con l'industria

such as the one we have with a company

come quella che abbiamo con un'azienda

that has expertise in large-scale digital manufacturing.

specializzata nella produzione digitale su larga scala.

They're going to help us make,

Ci stanno aiutando a produrre,

instead of one of these,

anziché uno solo,

millions of these chips,

milioni di questi chip,

so that we can get them into the hands

così da poterli mettere in mano

of as many researchers as possible.

a più ricercatori possibili.

And this is key to the potential of that technology.

E ciò è fondamentale per il potenziale di questa tecnologia.

Now let me show you our instrument.

Lasciate che vi mostri il nostro strumento.

This is an instrument that our engineers

Questo è uno strumento che i nostri ingegneri

are actually prototyping right now in the lab,

stanno realizzando come prototipo proprio ora in laboratorio

and this instrument is going to give us

e questo strumento ci darà

the engineering controls that we're going to require

i controlli che ci serviranno

in order to link 10 or more organ chips together.

per connettere insieme dieci o più organi su chip.

It does something else that's very important.

Fa anche qualcos'altro di molto importante.

It creates an easy user interface.

Crea una facile interfaccia per l'utilizzatore.

So a cell biologist like me can come in,

In modo che un biologo cellulare come me possa arrivare,

take a chip, put it in a cartridge

prendere un chip, metterlo in una cartuccia,

like the prototype you see there,

come il prototipo che vedete qui,

put the cartridge into the machine

mettere la cartuccia dentro la macchina,

just like you would a C.D.,

proprio come fareste con un CD

and away you go.

e via.

Plug and play. Easy.

Inserire ed accendere. Facile.

Now, let's imagine a little bit

Ora, immaginiamo un po'

what the future might look like

come potrebbe essere il futuro

if I could take your stem cells

se potessi prendere le tue cellule staminali

and put them on a chip,

e metterle su un chip.

or your stem cells and put them on a chip.

oppure le tue cellule staminali e mettere su un chip.

It would be a personalized chip just for you.

Sarebbe un chip personalizzato solo per voi.

Now all of us in here are individuals,

Tutti noi qui dentro siamo individui,

and those individual differences mean

e queste differenze individuali significano

that we could react very differently

che potremmo reagire in modo molto diverso

and sometimes in unpredictable ways to drugs.

e talvolta in modo imprevedibile ai medicinali.

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

Io stessa, un paio di anni fa, avevo un terribile mal di testa,

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

non riuscivo proprio a liberarmene, e pensai, "Bene, adesso provo qualcosa di diverso"

I took some Advil. Fifteen minutes later,

Ho preso dell'Advil. Quindici minuti dopo,

I was on my way to the emergency room

ero diretta al Pronto Soccorso

with a full-blown asthma attack.

con un attacco d'asma in piena regola.

Now, obviously it wasn't fatal,

Chiaramente non era mortale,

but unfortunately, some of these

ma sfortunatamente, alcune di queste

adverse drug reactions can be fatal.

reazioni allergiche ai medicinali possono essere fatali.

So how do we prevent them?

E quindi come le preveniamo?

Well, we could imagine one day

Beh, possiamo immaginare che un giorno

having Geraldine on a chip,

avremo Geraldine su un chip,

having Danielle on a chip,

avremo Danielle su un chip,

having you on a chip.

avremo voi su un chip.

Personalized medicine. Thank you.

Medicina personalizzata. Grazie.

(Applause)

(Applausi)