Geraldine Hamilton: Body parts on a chip

מתרגם: Ariella Cwikel מבקר: Maya Dagan

We have a global health challenge

יש לפנינו אתגר בריאות גלובלי

in our hands today,

איתו עלינו להתמודד כיום,

and that is that the way we currently

והוא שהאופן שבו אנחנו

discover and develop new drugs

מגלים ומפתחים תרופות חדשות

is too costly, takes far too long,

גוזל יותר מדי משאבים, לוקח הרבה יותר מדי זמן

and it fails more often than it succeeds.

ונכשל יותר משהוא מצליח.

It really just isn't working, and that means

זה פשוט לא עובד, וזה אומר

that patients that badly need new therapies

שחולים שזקוקים נואשות לטיפולים

are not getting them,

אינם מקבלים אותם,

and diseases are going untreated.

ומחלות אינן מטופלות.

We seem to be spending more and more money.

נדמה שאנחנו מבזבזים עוד ועוד כסף.

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

על כל מיליארד דולר שאנחנו משקיעים במחקר ופיתוח,

we're getting less drugs approved into the market.

אנחנו מקבלים פחות תרופות מאושרות בשוק.

More money, less drugs. Hmm.

יותר כסף, פחות תרופות. מממ...

So what's going on here?

אז מה קורה כאן?

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

ובכן, יש המון גורמים שמשחקים תפקיד,

but I think one of the key factors

אבל אני חושבת שהגורם העיקרי

is that the tools that we currently have

הוא שהכלים שיש ברשותנו כרגע

available to test whether a drug is going to work,

שאפשר בעזרתם לבדוק האם תרופה תעבוד,

whether it has efficacy,

האם היא יעילה,

or whether it's going to be safe

או האם היא תהיה בטוחה

before we get it into human clinical trials,

לפני שמגיעים לשלב הניסוי הקליני בבני אדם,

are failing us. They're not predicting

אינם מצליחים. הם לא מנבאים

what's going to happen in humans.

מה הולך לקרות בבני אדם.

And we have two main tools available

ויש לנו שני כלים עיקריים

at our disposal.

שעומדים לרשותנו.

They are cells in dishes and animal testing.

אלו הם תאים בצלחות פטרי וניסויים בבעלי חיים.

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

אז בואו נדבר על הראשון, תאים בצלחות פטרי.

So, cells are happily functioning in our bodies.

תאים מתפקדים בשמחה בגוף שלנו.

We take them and rip them out

אנחנו לוקחים אותם וקורעים אותם החוצה

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

מהסביבה הטבעית שלהם, זורקים אותם לתוך צלחת,

and expect them to work.

ומצפים מהם לעבוד.

Guess what. They don't.

נחשו מה. הם לא.

They don't like that environment

הם לא אוהבים את הסביבה הזאת

because it's nothing like

בגלל שהיא לא דומה בכלל

what they have in the body.

למה שיש להם בגוף.

What about animal testing?

מה עם ניסויים בבעלי חיים?

Well, animals do and can provide

ובכן, חיות יכולות ואכן מספקות

extremely useful information.

מידע שימושי להפליא.

They teach us about what happens

הם מלמדים אותנו מה קורה

in the complex organism.

באורגניזם המורכב.

We learn more about the biology itself.

אנחנו לומדים עוד על הביולוגיה עצמה.

However, more often than not,

אולם, לעתים קרובות מדי,

animal models fail to predict what will happen in humans

מודלים של בעלי חיים נכשלים בניבוי התוצאות בבני אדם

when they're treated with a particular drug.

כשהם מטופלים בתרופה מסוימת.

So we need better tools.

אז אנחנו זקוקים לכלים טובים יותר.

We need human cells,

אנחנו צריכים תאים אנושיים,

but we need to find a way to keep them happy

אבל עלינו למצוא דרך לוודא שיישארו מאושרים

outside the body.

מחוץ לגוף.

Our bodies are dynamic environments.

הגוף שלנו הוא סביבה דינמית.

We're in constant motion.

אנחנו נמצאים בתנועה מתמדת.

Our cells experience that.

התאים שלנו חווים את זה.

They're in dynamic environments in our body.

הם נמצאים בתוך סביבה דינמית בתוך הגוף שלנו.

They're under constant mechanical forces.

הם נתונים לכוחות מכניים בלתי פוסקים.

So if we want to make cells happy

אז אם אנחנו רוצים לגרום לתאים לשמוח

outside our bodies,

מחוץ לגוף שלנו,

we need to become cell architects.

עלינו להפוך לאדריכלי תאים.

We need to design, build and engineer

עלינו לעצב, לבנות ולהנדס

a home away from home for the cells.

בית מחוץ לבית עבור התאים.

And at the Wyss Institute,

במכון ViS,

we've done just that.

עשינו בדיוק את זה.

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

אנחנו קוראים לזה איבר-על-שבב.

And I have one right here.

ויש לי אחד ממש כאן.

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

יפיפה, לא? אבל זה די מדהים.

Right here in my hand is a breathing, living

ממש כאן ביד שלי, נושמת וחיה,

human lung on a chip.

יש ריאה אנושית על שבב.

And it's not just beautiful.

והוא לא רק יפיפה.

It can do a tremendous amount of things.

הוא יכול לעשות כמות עצומה של פעולות.

We have living cells in that little chip,

יש לנו תאים חיים בשבב הקטן הזה,

cells that are in a dynamic environment

תאים שנמצאים בסביבה דינמית

interacting with different cell types.

מתקשרים עם סוגי תאים שונים.

There's been many people

היו אנשים רבים

trying to grow cells in the lab.

שניסו לגדל תאים במעבדה.

They've tried many different approaches.

הם ניסו גישות שונות רבות.

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

הם אפילו ניסו לגדל מיני-איברים קטנים במעבדה.

We're not trying to do that here.

זה לא מה שאנחנו מנסים לעשות כאן.

We're simply trying to recreate

אנחנו בסה"כ מנסים לשחזר

in this tiny chip

בשבב הקטנטן הזה

the smallest functional unit

את היחידה המתפקדת הקטנה ביותר

that represents the biochemistry,

שמייצגת את הביוכימיה,

the function and the mechanical strain

את התפקיד והמתח המכני

that the cells experience in our bodies.

שהתאים חווים בתוך הגוף שלנו.

So how does it work? Let me show you.

אז איך זה עובד? אראה לכם.

We use techniques from the computer chip

אנחנו משתמשים בטכניקות מתעשיית

manufacturing industry

יצור שבבי המחשב

to make these structures at a scale

כדי ליצור את המבנים האלו בקנה מידה

relevant to both the cells and their environment.

שרלוונטי גם לתא וגם לסביבתו.

We have three fluidic channels.

יש לנו שלוש תעלות נוזליות.

In the center, we have a porous, flexible membrane

במרכז, יש לנו קרום נקבובי וגמיש

on which we can add human cells

עליו אנחנו יכולים להוסיף תאים אנושים

from, say, our lungs,

מהריאות שלנו, למשל

and then underneath, they had capillary cells,

ואז מתחת לזה, יש תאי נימים,

the cells in our blood vessels.

התאים המצויים בתוך כלי הדם שלנו.

And we can then apply mechanical forces to the chip

ואנחנו יכולים להפעיל כוחות מכניים על השבב

that stretch and contract the membrane,

שמותחים ומכווצים את הקרום,

so the cells experience the same mechanical forces

כך שהתאים חווים את אותם כוחות מכניים

that they did when we breathe.

שהם חוו כשאנחנו נושמים.

And they experience them how they did in the body.

והם חווים אותם באותו האופן שחוו בתוך הגוף.

There's air flowing through the top channel,

יש אוויר שזורם דרך התעלה העליונה,

and then we flow a liquid that contains nutrients

ואז אנחנו מזרימים נוזל שמכיל חומרי מזון

through the blood channel.

דרך תעלת הדם.

Now the chip is really beautiful,

עכשיו, השבב הוא יפה מאד,

but what can we do with it?

אבל מה אנחנו יכולים לעשות איתו?

We can get incredible functionality

אנחנו יכולים להשיג פונקציונליות מדהימה

inside these little chips.

בתוך השבבים הקטנים האלו.

Let me show you.

תנו לי להראות לכם.

We could, for example, mimic infection,

אפשר, למשל, לדמות זיהום,

where we add bacterial cells into the lung.

כשאנחנו מוסיפים תאי בקטריה לתוך הריאה.

then we can add human white blood cells.

ואז אפשר להוסיף תאי דם לבנים אנושיים.

White blood cells are our body's defense

תאי דם לבנים הם קו ההגנה של הגוף שלנו

against bacterial invaders,

מול פולשים חיידקיים,

and when they sense this inflammation due to infection,

וכשהם חשים בדלקת הנגרמת מהזיהום,

they will enter from the blood into the lung

הם יחדרו מתוך הדם אל הריאה

and engulf the bacteria.

ויבלעו את החיידקים.

Well now you're going to see this happening

ובכן עכשיו אתם עומדים לראות את זה קורה

live in an actual human lung on a chip.

בשידור חי בריאה אנושית אמיתית על שבב.

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

סימנו את תאי הדם הלבנים כדי שתוכלו לראות אותם זורמים דרכה,

and when they detect that infection,

וכשהם מזהים את הזיהום הזה,

they begin to stick.

הם מתחילים להידבק.

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

הם נדבקים, ואז הם מנסים להיכנס אל תוך

side from blood channel.

צד הריאה מערוץ הדם.

And you can see here, we can actually visualize

ואפשר לראות פה, אפשר ממש להבחין

a single white blood cell.

בתא דם לבן בודד.

It sticks, it wiggles its way through

הוא נדבק, הוא משתחל

between the cell layers, through the pore,

בין שכבות התאים, דרך הנקבובית,

comes out on the other side of the membrane,

יוצא בצידו השני של הקרום,

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

וכאן בדיוק, הוא הולך לבלוע את החיידק

labeled in green.

שמסומן בירוק.

In that tiny chip, you just witnessed

בתוך השבב הקטנטן הזה, אתם ראיתם הרגע

one of the most fundamental responses

את אחת מהתגובות הבסיסיות ביותר

our body has to an infection.

של הגוף שלנו לזיהום.

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

זו הדרך שאנחנו מגיבים ל -- זו היא תגובה חיסונית.

It's pretty exciting.

זה די מרגש.

Now I want to share this picture with you,

עכשיו אני רוצה לחלוק אתכם את התמונה הזו,

not just because it's so beautiful,

לא רק בגלל שהיא יפה,

but because it tells us an enormous amount of information

אלא כי היא נותנת לנו כמות עצומה של מידע

about what the cells are doing within the chips.

על מה התאים עושים בתוך השבבים.

It tells us that these cells

היא מספרת לנו שהתאים האלו

from the small airways in our lungs,

ממעברי האוויר הקטנים בריאות שלנו,

actually have these hairlike structures

בעצם בנויים בצורה דמוית-שיער

that you would expect to see in the lung.

שהייתם מצפים לראות בתוך הריאה.

These structures are called cilia,

המבנים האלו קרויים סיליה,

and they actually move the mucus out of the lung.

ולמעשה הם מוציאים את הליחה אל מחוץ לריאה.

Yeah. Mucus. Yuck.

כן, ליחה. יאק.

But mucus is actually very important.

אבל ליחה היא בעצם מאד חשובה.

Mucus traps particulates, viruses,

ליחה לוכדת חלקיקים, וירוסים,

potential allergens,

אלרגנים פוטנציאליים,

and these little cilia move

והסיליה הקטנים האלו זזים

and clear the mucus out.

ומפנים את הליחה החוצה.

When they get damaged, say,

כשהם ניזוקים, למשל,

by cigarette smoke for example,

על ידי עשן סיגריות,

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

הם לא עובדים כראוי, והם לא יכולים לפנות את הליחה.

And that can lead to diseases such as bronchitis.

מה שיכול להוביל למחלות כגון בְּרוֹנְכִיטִיס.

Cilia and the clearance of mucus

סיליה והפינוי של הליחה

are also involved in awful diseases like cystic fibrosis.

גם מעורבים במחלות איומות כמו סיסטיק פיברוזיס.

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

אבל עכשיו, עם הפונקציונליות שמאפשרים לנו השבבים,

we can begin to look

אנחנו יכולים להתחיל לחפש

for potential new treatments.

טיפולים פוטנציאליים חדשים.

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

לא עצרנו כשהגענו לריאה על שבב.

We have a gut on a chip.

יש לנו מעי על שבב.

You can see one right here.

אתם יכולים לראות אחד כאן.

And we've put intestinal human cells

ושמנו תאי מעי אנושיים

in a gut on a chip,

בתוך מעי על שבב,

and they're under constant peristaltic motion,

והם מצויים בתנועה קבועה המדמה תנועת מעיים,

this trickling flow through the cells,

מן זרזיף שזורם דרך התאים,

and we can mimic many of the functions

ואנחנו יכולים לדמות כל אחת מהפעולות

that you actually would expect to see

שהייתם מצפים לראות

in the human intestine.

במעיים האנושיים.

Now we can begin to create models of diseases

עכשיו אנחנו יכולים להתחיל ליצור מודלים של מחלות

such as irritable bowel syndrome.

כמו תסמונת מעי רגיז.

This is a disease that affects

זוהי מחלה המשפיעה

a large number of individuals.

על מספר גדול של אנשים.

It's really debilitating,

היא ממש מתישה,

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

ואין באמת הרבה טיפולים מוצלחים בשבילה.

Now we have a whole pipeline

עכשיו יש לנו רשימה ארוכה

of different organ chips

של איברים על שבבים שונים

that we are currently working on in our labs.

שאנחנו עובדים עליהם במעבדות שלנו.

Now, the true power of this technology, however,

עם זאת, הכוח האמתי של הטכנולוגיה הזו,

really comes from the fact

בעצם מגיע מהעובדה

that we can fluidically link them.

שאנחנו יכולים לקשר ביניהם באמצעות נוזלים.

There's fluid flowing across these cells,

יש נוזל שזורם בין התאים האלו,

so we can begin to interconnect

אז אנחנו יכולים להתחיל ליצור קישוריות

multiple different chips together

בין שבבים מרובים

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

כדי ליצור מה שאנחנו קוראים לו אדם וירטואלי על שבב.

Now we're really getting excited.

עכשיו אנחנו ממש מתחילים להתרגש.

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

אנחנו לעולם לא נשחזר אדם שלם בשבבים האלו,

but what our goal is is to be able to recreate

אבל המטרה שלנו היא להצליח לשחזר

sufficient functionality

פונקציונליות מספיקה

so that we can make better predictions

כדי שנוכל לנבא בצורה טובה יותר

of what's going to happen in humans.

מה הולך לקרות בבני אדם.

For example, now we can begin to explore

למשל, אנחנו יכולים עכשיו להתחיל לחקור

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

מה קורה כששמים תרופה כמו תרופת ארוסול.

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

למי מכם שיש אסטמה כמוני, כשאתם לוקחים שאיפה במשאף

we can explore how that drug comes into your lungs,

אנחנו יכולים לחקור כיצד התרופה הזו נכנסת לתוך הריאות שלך,

how it enters the body,

איך היא נכנסת לתוך הגוף,

how it might affect, say, your heart.

כיצד היא משפיעה, נניח, על הלב שלך.

Does it change the beating of your heart?

האם היא משנה את פעימות הלב שלך?

Does it have a toxicity?

האם יש לה רעילות?

Does it get cleared by the liver?

האם הכבד מנקה אותה?

Is it metabolized in the liver?

האם היא מעובדת בכבד?

Is it excreted in your kidneys?

האם היא מופרשת בכליות שלך?

We can begin to study the dynamic

ביכולתנו להתחיל לבחון את

response of the body to a drug.

התגובה הדינמית של הגוף לתרופה.

This could really revolutionize

זה יכול ממש להביא למהפכה

and be a game changer

ולשנות את כללי המשחק

for not only the pharmaceutical industry,

לא רק עבור תעשיית התרופות,

but a whole host of different industries,

אלא עבור רצף שלם של תעשיות שונות,

including the cosmetics industry.

כולל תעשיית הקוסמטיקה.

We can potentially use the skin on a chip

אנחנו יכולים באופן תאורטי להשתמש בעור על שבב

that we're currently developing in the lab

שאנחנו מפתחים כעת במעבדה

to test whether the ingredients in those products

כדי לבדוק האם המרכיבים במוצרים האלו

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

שאתם משתמשים בהם, הם באמת בטוחים לשימוש על עורכם

without the need for animal testing.

בלי הצורך בניסויים על בעלי חיים.

We could test the safety

אנחנו יכולים לבחון את הבטיחות

of chemicals that we are exposed to

של כימיקלים שאנחנו חשופים אליהם

on a daily basis in our environment,

על בסיס יומיומי בסביבה שלנו,

such as chemicals in regular household cleaners.

כמו כימיקלים המצויים בתוך חומרי ניקוי ביתיים.

We could also use the organs on chips

אנחנו יכולים גם להשתמש באיברים על השבבים

for applications in bioterrorism

כדי לבחון יישומים בטרור ביולוגי

or radiation exposure.

או חשיפה לקרינה.

We could use them to learn more about

אנחנו יכולים להשתמש בהם כדי ללמוד עוד על

diseases such as ebola

מחלות כמו אבולה

or other deadly diseases such as SARS.

או מחלות קטלניות אחרות כמו סארס.

Organs on chips could also change

איברים על שבבים יכולים אף לשנות

the way we do clinical trials in the future.

את הצורה שבה אנחנו מבצעים ניסויים קליניים בעתיד.

Right now, the average participant

כרגע, המשתתף הממוצע

in a clinical trial is that: average.

בניסוי קליני הוא בדיוק זה: ממוצע.

Tends to be middle aged, tends to be female.

נוטה להיות בגיל הביניים, נוטה להיות אישה.

You won't find many clinical trials

לא תמצאו ניסויים קליניים רבים

in which children are involved,

שבהם מעורבים ילדים,

yet every day, we give children medications,

ועם זאת, בכל יום אנחנו מספקים תרופות לילדים,

and the only safety data we have on that drug

והמידע היחיד שיש לנו על בטיחות התרופה הזו

is one that we obtained from adults.

הוא המידע שאספנו ממבוגרים.

Children are not adults.

ילדים אינם מבוגרים.

They may not respond in the same way adults do.

הם עשויים להגיב בצורה אחרת מאשר מבוגרים.

There are other things like genetic differences

יש גורמים אחרים כגון שונות גנטית

in populations

באוכלוסיות

that may lead to at-risk populations

שעשויה לגרום לקיומן של אוכלוסיות סיכון

that are at risk of having an adverse drug reaction.

להתפתחות של תגובת נגד לתרופה.

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

עכשיו תדמיינו אם היינו יכולים לקחת תאים מכל אותן אוכלוסיות שונות,

put them on chips,

להניח אותם על שבבים,

and create populations on a chip.

וליצור אוכלוסיות על שבב.

This could really change the way

זה יכול ממש לשנות את הצורה

we do clinical trials.

שבה עורכים ניסויים קליניים.

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

וזוהי הקבוצה ואלו האנשים שעושים את זה.

We have engineers, we have cell biologists,

יש לנו מהנדסים, יש לנו ביולוגים של התא,

we have clinicians, all working together.

יש לנו אנשי רפואה, כולם עובדים יחד.

We're really seeing something quite incredible

אנחנו רואים משהו באמת מדהים

at the Wyss Institute.

במכון ViS.

It's really a convergence of disciplines,

זהו מקום מפגש של דיסציפלינות,

where biology is influencing the way we design,

איפה שביולוגיה משפיעה על הצורה שאנו מעצבים,

the way we engineer, the way we build.

הצורה שאנו מתכננים, הצורה שאנו בונים.

It's pretty exciting.

זה די מרגש.

We're establishing important industry collaborations

אנחנו יוצרים שיתופי פעולה חשובים בין תעשיות

such as the one we have with a company

כמו זה שיש לנו עם חברה

that has expertise in large-scale digital manufacturing.

שיש לה מומחיות בייצור דיגיטלי המוני.

They're going to help us make,

הם הולכים לעזור לנו ליצור,

instead of one of these,

במקום אחד מאלה,

millions of these chips,

מיליוני שבבים כאלה,

so that we can get them into the hands

ככה שאנחנו יכולים למסור אותם לידיהם

of as many researchers as possible.

של כמה שיותר חוקרים.

And this is key to the potential of that technology.

וזה מפתח לפוטנציאל של הטכנולוגיה הזו.

Now let me show you our instrument.

עכשיו תנו לי להראות לכם את הכלי שלנו.

This is an instrument that our engineers

זהו כלי שהמהנדסים שלנו

are actually prototyping right now in the lab,

בעצם הופכים לאבטיפוס במעבדה ממש עכשיו,

and this instrument is going to give us

והכלי הזה הולך לספק לנו

the engineering controls that we're going to require

את השליטה ההנדסית שתידרש לנו

in order to link 10 or more organ chips together.

כדי לחבר 10 או יותר שבבי איבר.

It does something else that's very important.

הוא עושה עוד משהו חשוב מאד.

It creates an easy user interface.

הוא יוצר ממשק משתמש נוח.

So a cell biologist like me can come in,

ככה שביולוגית-תא כמוני יכולה לבוא,

take a chip, put it in a cartridge

לקחת שבב, לשים אותו בתוך מחסנית

like the prototype you see there,

כמו האבטיפוס שאתם רואים פה,

put the cartridge into the machine

לשים את המחסנית בתוך המכונה,

just like you would a C.D.,

כמו שהייתם עושים עם CD,

and away you go.

ויצאנו לדרך.

Plug and play. Easy.

חבר והפעל. קלי קלות.

Now, let's imagine a little bit

עכשיו, בואו נדמיין קצת

what the future might look like

איך העתיד יכול להיראות

if I could take your stem cells

אם יכולתי לקחת את תאי הגזע שלך

and put them on a chip,

לשים אותם על שבב,

or your stem cells and put them on a chip.

או את תאי הגזע שלך ולשים אותם על שבב.

It would be a personalized chip just for you.

זה היה שבב שעשוי לפי מידותייך בדיוק.

Now all of us in here are individuals,

כולנו פה אינדיבידואלים,

and those individual differences mean

וההבדלים האינדיבידואליים האלו אומרים

that we could react very differently

שכל אחד מאיתנו יכול להגיב בצורה שונה מאוד

and sometimes in unpredictable ways to drugs.

ולפעמים באופן בלתי צפוי לתרופות.

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

לי בעצמי היה, לפני כמה שנים, כאב ראש ממש חמור,

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

הוא פשוט לא עבר, אז חשבתי לעצמי, "טוב, אני אנסה משהו אחר."

I took some Advil. Fifteen minutes later,

לקחתי אדוויל. חמש עשרה דקות אחר כך,

I was on my way to the emergency room

הייתי בדרך לחדר המיון

with a full-blown asthma attack.

עם התקף אסטמה חמור ביותר.

Now, obviously it wasn't fatal,

טוב, כמובן שהוא לא היה קטלני,

but unfortunately, some of these

אבל למרבה הצער, חלק מהמקרים

adverse drug reactions can be fatal.

של תופעות לוואי לתרופות יכולים להיות קטלניים.

So how do we prevent them?

איך איך אנחנו מונעים אותם?

Well, we could imagine one day

ובכן, אנחנו יכולים לדמיין שיום אחד

having Geraldine on a chip,

תהיה לנו ג'רלדין על שבב,

having Danielle on a chip,

שתהיה לנו דניאל על שבב,

having you on a chip.

שיהיה לנו אותך על שבב.

Personalized medicine. Thank you.

רפואה מותאמת אישית. תודה לכם.

(Applause)

(מחיאות כפיים)