Geraldine Hamilton: Body parts on a chip

ジュラルディン・ハミルトン: 「臓器チップ」がもたらす未来

翻訳: Yuko Yoshida 校正: Tomoyuki Suzuki

We have a global health challenge

今 私たちは 世界的な保健医療問題を抱えています

in our hands today,

and that is that the way we currently

というのも 現在の―

discover and develop new drugs

新薬の研究・開発方法は

is too costly, takes far too long,

コストも時間もかかりすぎる上

and it fails more often than it succeeds.

成功するより 失敗の方が多い状況で

It really just isn't working, and that means

とにかく うまく行っていないからです

that patients that badly need new therapies

つまり 本当に必要とされている 新しい治療法が

are not getting them,

患者さんのもとに 届けられず

and diseases are going untreated.

病気がそのまま 蔓延っている状態です

We seem to be spending more and more money.

私たちは 以前にも増して お金を投資しているようですが

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

研究開発投資 一千億円あたりの

we're getting less drugs approved into the market.

新薬承認数は減ってきています

More money, less drugs. Hmm.

より多くのお金をかけて 少ない薬を生み出す

So what's going on here?

どうなっているんでしょう？

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

これには様々な原因があるわけですが

but I think one of the key factors

主要因の一つと思われるのが

is that the tools that we currently have

新薬試験のためのツールです

available to test whether a drug is going to work,

薬がうまく機能するのか

whether it has efficacy,

効能があるのか

or whether it's going to be safe

安全であるのかを

before we get it into human clinical trials,

臨床試験前に確認するのですが

are failing us. They're not predicting

それが うまく行っていません

what's going to happen in humans.

人間に使ったとき どうなるか予測できないのです

And we have two main tools available

今 私たちが使えるツールは

at our disposal.

主に２つで

They are cells in dishes and animal testing.

細胞培養と動物実験です

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

まず １つ目の細胞培養を 見てみましょう

So, cells are happily functioning in our bodies.

細胞は 私たちの体の中で 機能するわけですが

We take them and rip them out

元々あった環境から 細胞だけを

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

取り出してきて このようなシャーレに移し

and expect them to work.

元通りに機能させようとしても

Guess what. They don't.

そう うまくはいきません

They don't like that environment

細胞は そんな環境 好まないのです

because it's nothing like

やっぱり 体の中とは

what they have in the body.

状況が違いますから

What about animal testing?

では 動物実験はどうでしょう？

Well, animals do and can provide

動物は 実際に 大変有益な情報を

extremely useful information.

与えてくれています

They teach us about what happens

動物のお蔭で 複雑な器官で

in the complex organism.

どんなことが起こるのか 分かります

We learn more about the biology itself.

まさに生物学的なことを多く学べます

However, more often than not,

でも しばしば

animal models fail to predict what will happen in humans

動物実験では 特定の薬で治療をしたときに

when they're treated with a particular drug.

人体に何が起こるのか 分からないことがあります

So we need better tools.

ですから より良いツールが必要なのです

We need human cells,

人間の細胞が必要ですが

but we need to find a way to keep them happy

体から取り出しても 心地よい環境にできるような

outside the body.

方法を見つけないといけません

Our bodies are dynamic environments.

私たちの体は 動的環境で

We're in constant motion.

常に動いています

Our cells experience that.

細胞も その影響を受けます

They're in dynamic environments in our body.

細胞は 私たちの体の 動的環境の中で

They're under constant mechanical forces.

常に機械的な力を 受けているわけです

So if we want to make cells happy

ですから 体外で 細胞にとって

outside our bodies,

心地よい環境を作るためには

we need to become cell architects.

私たちは 細胞建築家に ならないといけません

We need to design, build and engineer

この細胞たちのために 第二の故郷を

a home away from home for the cells.

設計し 作ってあげるのです

And at the Wyss Institute,

ハーバード大学ヴィース研究所は

we've done just that.

そのことに成功しました

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

それが「臓器チップ （organ-on-a-chip）」で

And I have one right here.

こちらがそうです

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

美しいでしょう？ 本当にすごいんですよ

Right here in my hand is a breathing, living

私が手にしているのは チップ上の人間の肺で

human lung on a chip.

まさに呼吸し 生きています

And it's not just beautiful.

ただ美しいだけではないのです

It can do a tremendous amount of things.

これによって 本当にいろんなことができます

We have living cells in that little chip,

あの小さなチップの上の 生きた細胞は

cells that are in a dynamic environment

動的な環境にあり

interacting with different cell types.

様々な種類の細胞と 互いに作用し合っています

There's been many people

多くの人が 研究室で

trying to grow cells in the lab.

細胞を育てる取組みをし

They've tried many different approaches.

様々なアプローチが 取られてきました

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

研究室で ミニ臓器を作る というものさえ ありました

We're not trying to do that here.

私たちが考えているのは

We're simply trying to recreate

そういうことではなく

in this tiny chip

この小さなチップに

the smallest functional unit

最小機能単位を作り その中で

that represents the biochemistry,

細胞が人体で影響を受ける

the function and the mechanical strain

生化学 機能 力学的歪みも

that the cells experience in our bodies.

再現しようというのです

So how does it work? Let me show you.

どう機能するのか お見せしましょう

We use techniques from the computer chip

コンピュータチップ製造技術を使い

manufacturing industry

コンピュータチップ製造技術を使い

to make these structures at a scale

これらの構造を

relevant to both the cells and their environment.

実際の細胞と環境に 見合ったものにしています

We have three fluidic channels.

ここに ３つの流体チャネルがあります

In the center, we have a porous, flexible membrane

真ん中が 多孔質で柔軟性がある皮膜で

on which we can add human cells

ここに人間の細胞をのせます

from, say, our lungs,

例えば 肺ですね

and then underneath, they had capillary cells,

その下には 毛細血管細胞―

the cells in our blood vessels.

血管にある細胞があります

And we can then apply mechanical forces to the chip

さらに チップには 機械的な力を加えることができ

that stretch and contract the membrane,

皮膜は伸びたり縮んだりします

so the cells experience the same mechanical forces

つまり 細胞には 私たちが呼吸をしたときと同様の

that they did when we breathe.

機械的な力が加わり

And they experience them how they did in the body.

私たちの体の中にいるのと 同じような影響を受けます

There's air flowing through the top channel,

上のチャネルには 空気が流れ

and then we flow a liquid that contains nutrients

血管のチャネルには 栄養素を含む

through the blood channel.

液体を流します

Now the chip is really beautiful,

さて チップは素晴らしいですが

but what can we do with it?

これで何ができるのでしょうか？

We can get incredible functionality

この小さなチップには すごい機能性があるのです

inside these little chips.

この小さなチップには すごい機能性があるのです

Let me show you.

お見せしましょう

We could, for example, mimic infection,

例えば 疑似感染をさせられます

where we add bacterial cells into the lung.

バクテリアを肺に流し込んで

then we can add human white blood cells.

人間の白血球も入れます

White blood cells are our body's defense

すると 白血球は バクテリアの侵入に対して

against bacterial invaders,

防御機能がありますから

and when they sense this inflammation due to infection,

白血球は 感染による炎症を感知すると

they will enter from the blood into the lung

血管から肺に浸入して

and engulf the bacteria.

バクテリアを飲みこみます

Well now you're going to see this happening

これを チップ上の 人間の肺で

live in an actual human lung on a chip.

実際にご覧いただきましょう

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

白血球にマークをしていますので 流れているのが分かるでしょう

and when they detect that infection,

今 感染を感知して

they begin to stick.

白血球は留まり始めました

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

そして そこに留まって 肺に入り込もうとし

side from blood channel.

血管から侵入します

And you can see here, we can actually visualize

ご覧いただいた通り

a single white blood cell.

１つの白血球の動きを 実際に目で見られるのです

It sticks, it wiggles its way through

止まって 小刻みに動いて

between the cell layers, through the pore,

細胞の層を通り 穴を抜け

comes out on the other side of the membrane,

反対側の皮膜から出てきます

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

そして 緑色にマークされた バクテリアを

labeled in green.

動けなくします

In that tiny chip, you just witnessed

あの小さなチップで再現される―

one of the most fundamental responses

感染に対する 体の最も基本的な反応を

our body has to an infection.

ご覧いただきました

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

これが免疫反応です

It's pretty exciting.

素晴らしいですね

Now I want to share this picture with you,

次に お見せするのは この写真です

not just because it's so beautiful,

ただ美しいだけではなく

but because it tells us an enormous amount of information

非常に多くの情報を 教えてくれるもので

about what the cells are doing within the chips.

チップ内での 細胞の動きが分かります

It tells us that these cells

これらの細胞は

from the small airways in our lungs,

私たちの肺の 細い気道から取ったものですが

actually have these hairlike structures

実際の肺の中にも この毛のようなものが生えています

that you would expect to see in the lung.

These structures are called cilia,

繊毛と呼ばれるものですが

and they actually move the mucus out of the lung.

肺から粘液を 排出する役割があります

Yeah. Mucus. Yuck.

粘液というと気持ち悪いですね

But mucus is actually very important.

でも 粘液は とても重要なもので

Mucus traps particulates, viruses,

粘液が 微粒子やウイルス

potential allergens,

アレルゲンになりうるものを捉え

and these little cilia move

これらの繊毛が動いて

and clear the mucus out.

粘液を外に出すのです

When they get damaged, say,

繊毛がもし損傷してしまうと

by cigarette smoke for example,

例えば 喫煙とかで―

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

繊毛は正しく機能せず 粘液を外に出せなくなり

And that can lead to diseases such as bronchitis.

気管支炎などの 病気になります

Cilia and the clearance of mucus

繊毛と 粘液排出機能は

are also involved in awful diseases like cystic fibrosis.

嚢胞（のうほう）性線維症のような 重大な病気とも関わりがありますね

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

さて これらのチップで 細胞が機能するようになったので

we can begin to look

私たちは 新たな治療の可能性を

for potential new treatments.

探り始めました

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

チップに肺を作っただけ ではありません

We have a gut on a chip.

腸も作りました

You can see one right here.

こちらが そうです

And we've put intestinal human cells

人間の腸細胞を

in a gut on a chip,

腸チップに入れ

and they're under constant peristaltic motion,

絶えず蠕動運動を与えます

this trickling flow through the cells,

波のように細胞から細胞に 伝わる運動です

and we can mimic many of the functions

これによって 人間の腸で起こりうる

that you actually would expect to see

多くの機能を再現できます

in the human intestine.

Now we can begin to create models of diseases

これで病気のモデルも 作れるようになりました

such as irritable bowel syndrome.

例えば 過敏性腸症候群

This is a disease that affects

これは多くの人が患っていて

a large number of individuals.

It's really debilitating,

本当に体にこたえますが

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

あまり良い治療法がないのが 現状です

Now we have a whole pipeline

今 様々な器官のチップを

of different organ chips

つなげた一連の機構を

that we are currently working on in our labs.

私たちの研究室で 作っています

Now, the true power of this technology, however,

実は この技術の 真の実力は

really comes from the fact

これらのチップを

that we can fluidically link them.

流体的に結び付けられることに あるのです

There's fluid flowing across these cells,

液体が これらの細胞に流れ

so we can begin to interconnect

さまざまな臓器チップを 互いにつなげて

multiple different chips together

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

チップ上に いわゆる 仮想人体を作るのです

Now we're really getting excited.

本当にうれしく思っています

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

これらのチップで 人体の全てを 再現するつもりはありません

but what our goal is is to be able to recreate

私たちが目指すところは

sufficient functionality

人体でどんなことが起こるか

so that we can make better predictions

予測性を高めるために

of what's going to happen in humans.

十分な機能を再現することだからです

For example, now we can begin to explore

例えば 今 私たちは エアロゾル製剤などの薬を

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

入れたときに どうなるか 調べられるようになりました

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

私のように喘息持ちの方が 吸入具を使ったとき

we can explore how that drug comes into your lungs,

どのように薬が 肺に入って行き

how it enters the body,

体に吸収されるのか 心臓には

how it might affect, say, your heart.

どんな影響を与えるか 調べられます

Does it change the beating of your heart?

心臓の鼓動が変わるか？

Does it have a toxicity?

毒性があるのか？

Does it get cleared by the liver?

肝臓で解毒されるのか？

Is it metabolized in the liver?

肝臓の中で代謝されるのか？

Is it excreted in your kidneys?

腎臓で排出されるのか？

We can begin to study the dynamic

体が薬にどう反応するか

response of the body to a drug.

動的に研究することができるのです

This could really revolutionize

これはとても革命的で

and be a game changer

世の中をひっくり返すようなものです

for not only the pharmaceutical industry,

製薬会社だけではなく

but a whole host of different industries,

化粧品業界を始めとする 様々な産業にとって革命です

including the cosmetics industry.

We can potentially use the skin on a chip

今 研究室で 開発している皮膚チップを使えば

that we're currently developing in the lab

to test whether the ingredients in those products

化粧品に使われている成分が

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

実際に皮膚に使っても 安全か確認もできるでしょう

without the need for animal testing.

それも動物実験なしにです

We could test the safety

日々 私たちが さらされている化学物質が

of chemicals that we are exposed to

on a daily basis in our environment,

安全かも検証できます

such as chemicals in regular household cleaners.

例えば 家庭用洗剤に含まれる 化学物質などです

We could also use the organs on chips

臓器チップがあれば

for applications in bioterrorism

バイオテロや放射線被ばくにも

or radiation exposure.

応用ができます

We could use them to learn more about

さらには エボラ出血熱や

diseases such as ebola

SARSなどの危険な病気について

or other deadly diseases such as SARS.

多くを学ぶことができます

Organs on chips could also change

臓器チップによって

the way we do clinical trials in the future.

私たちの臨床試験のあり方も 変わるでしょう

Right now, the average participant

今 臨床試験の対象となるのは

in a clinical trial is that: average.

平均的な患者です 平均ですから

Tends to be middle aged, tends to be female.

つまり 中年や女性が 対象となる傾向があります

You won't find many clinical trials

臨床試験で あまり子どもは 対象となりません

in which children are involved,

yet every day, we give children medications,

日々 子どもは 薬を飲んでいるのに

and the only safety data we have on that drug

唯一 その安全性を検証したデータは

is one that we obtained from adults.

大人のものというわけです

Children are not adults.

子どもは 大人とは違います

They may not respond in the same way adults do.

大人と同じような 反応をするとは限りません

There are other things like genetic differences

ほかにも 遺伝学的な違いなどによって

in populations

ほかにも 遺伝学的な違いなどによって

that may lead to at-risk populations

ある種の人は リスク集団に入り

that are at risk of having an adverse drug reaction.

薬の副作用が出る可能性も 高くなるかもしれません

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

ですから もし様々な人から細胞を取って

put them on chips,

チップに載せて チップの上で

and create populations on a chip.

様々な人口集団を 再現できたとしたら

This could really change the way

これは 本当に

we do clinical trials.

臨床試験を大きく変えるのです

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

これが この取り組みをしている チームのみんなです

We have engineers, we have cell biologists,

エンジニアもいれば 細胞生物学者も

we have clinicians, all working together.

臨床医もいて 一緒に研究をしています

We're really seeing something quite incredible

ここ ヴィース研究所で 素晴らしいことが起こりつつあります

at the Wyss Institute.

It's really a convergence of disciplines,

様々な領域がここに収斂し

where biology is influencing the way we design,

生物学が デザインや設計・制作をする方法に

the way we engineer, the way we build.

影響を与えているのです

It's pretty exciting.

面白いことです

We're establishing important industry collaborations

重要な産業間連携を 打ち立てつつあるのです

such as the one we have with a company

その一例として 私たちも

that has expertise in large-scale digital manufacturing.

大規模デジタル製造専門の 企業と連携しています

They're going to help us make,

これによって

instead of one of these,

一つではなく

millions of these chips,

何百万ものチップが作れ

so that we can get them into the hands

出来るだけ多くの

of as many researchers as possible.

研究者の手に渡せるようになります

And this is key to the potential of that technology.

これこそ この技術の可能性を 開くものです

Now let me show you our instrument.

ここで 私たちの機械をお見せしましょう

This is an instrument that our engineers

こちらは エンジニアが

are actually prototyping right now in the lab,

今 研究室で プロトタイプしているもので

and this instrument is going to give us

この機械を使えば

the engineering controls that we're going to require

技術的に制御を行い

in order to link 10 or more organ chips together.

10以上の臓器チップを リンクできるようになるのです

It does something else that's very important.

ほかにも重要な機能があります

It creates an easy user interface.

簡単に使えるインターフェイスです

So a cell biologist like me can come in,

私のような細胞生物学者でも

take a chip, put it in a cartridge

チップを取って それをカートリッジに入れ

like the prototype you see there,

ちょうど このプロトタイプのように

put the cartridge into the machine

カートリッジをちょうど

just like you would a C.D.,

CDのように機械に挿入すれば

and away you go.

準備完了です

Plug and play. Easy.

つないでスイッチを入れるだけ 簡単です

Now, let's imagine a little bit

ちょっと想像してみてください

what the future might look like

if I could take your stem cells

あなたの幹細胞を取って

and put them on a chip,

チップに載せることで

or your stem cells and put them on a chip.

将来 どんなことができるのか

It would be a personalized chip just for you.

あなた専用のチップです

Now all of us in here are individuals,

ここにいる私たちは それぞれ違います

and those individual differences mean

こうした個人差は

that we could react very differently

薬に対して 異なった反応―

and sometimes in unpredictable ways to drugs.

時には予想もしない反応を 引き起こします

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

私自身 ２年ほど前に ひどい頭痛があり

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

どうしても治らず 「何かしなくちゃ」と思い

I took some Advil. Fifteen minutes later,

鎮痛解熱剤を飲みました すると15分後には

I was on my way to the emergency room

病院行きになりました

with a full-blown asthma attack.

ひどい喘息の発作を起こしたのです

Now, obviously it wasn't fatal,

私は 致命的ではありませんでしたが

but unfortunately, some of these

残念ながら こうした薬の副作用は

adverse drug reactions can be fatal.

時に致命的になります

So how do we prevent them?

どうやって それを防ぐのか？

Well, we could imagine one day

私たちは いつの日か

having Geraldine on a chip,

ジェラルディンさん専用のチップ

having Danielle on a chip,

ダニエルさん専用のチップ そして

having you on a chip.

あなたのチップを作り

Personalized medicine. Thank you.

その人専用の医療が できるかもしれません

(Applause)

ありがとうございました （拍手）