Geraldine Hamilton: Body parts on a chip

Vertaald door: Dick Stada Nagekeken door: Rik Delaet

We have a global health challenge

Er is een wereldwijde uitdaging

in our hands today,

in de gezondheidszorg.

and that is that the way we currently

De manier waarop we tegenwoordig

discover and develop new drugs

nieuwe medicijnen ontdekken en ontwikkelen

is too costly, takes far too long,

is veel te duur en duurt veel te lang.

and it fails more often than it succeeds.

Het mislukt vaker dan dat het lukt.

It really just isn't working, and that means

Het werkt gewoon niet, en dat betekent

that patients that badly need new therapies

dat patiënten die nieuwe therapieën nodig hebben,

are not getting them,

ze niet krijgen,

and diseases are going untreated.

en dat ziektes niet worden behandeld.

We seem to be spending more and more money.

We besteden er steeds meer geld aan.

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

Voor elke miljard dollar die we besteden aan R&D,

we're getting less drugs approved into the market.

krijgen we minder geneesmiddelen op de markt.

More money, less drugs. Hmm.

Meer geld, minder geneesmiddelen. Hmm.

So what's going on here?

Wat is hier aan de hand?

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

Er spelen veel factoren een rol.

but I think one of the key factors

Een van de belangrijkste is

is that the tools that we currently have

dat de middelen die we hebben, er niet in slagen

available to test whether a drug is going to work,

om te testen of het geneesmiddel werkt,

whether it has efficacy,

of het doeltreffend is,

or whether it's going to be safe

of het veilig is

before we get it into human clinical trials,

voordat we het op mensen gaan uitproberen.

are failing us. They're not predicting

Ze voorspellen niet goed

what's going to happen in humans.

wat het op mensen doet.

And we have two main tools available

We hebben twee technieken tot onze beschikking.

at our disposal.

They are cells in dishes and animal testing.

Dat zijn cellen in petrischalen en dierproeven.

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

Over de eerste, cellen in schalen:

So, cells are happily functioning in our bodies.

cellen doen het goed in ons lichaam.

We take them and rip them out

Dan pakken we ze uit hun natuurlijke omgeving,

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

en gooien ze in deze schalen,

and expect them to work.

en verwachten dat ze het doen.

Guess what. They don't.

En wat denk je? Ze doen het niet.

They don't like that environment

Ze vinden die omgeving niet fijn

because it's nothing like

want het is heel anders

what they have in the body.

dan in het lichaam.

What about animal testing?

En dierproeven dan?

Well, animals do and can provide

Dieren kunnen enorm veel

extremely useful information.

nuttige informatie geven.

They teach us about what happens

Ze leren ons wat er gebeurt

in the complex organism.

in een ingewikkeld organisme.

We learn more about the biology itself.

We komen meer te weten over de biologie zelf.

However, more often than not,

Maar vaak blijkt dat dieren

animal models fail to predict what will happen in humans

toch anders reageren dan mensen

when they're treated with a particular drug.

als ze behandeld worden met een geneesmiddel.

So we need better tools.

Dus hebben we betere technieken nodig.

We need human cells,

We hebben menselijke cellen nodig,

but we need to find a way to keep them happy

maar we moeten een manier vinden om ze goed te laten gedijen

outside the body.

buiten het menselijk lichaam.

Our bodies are dynamic environments.

Ons lichaam is een dynamische omgeving.

We're in constant motion.

We zijn altijd in beweging.

Our cells experience that.

Onze cellen ervaren dat.

They're in dynamic environments in our body.

Ze zitten in ons lichaam in een dynamische omgeving.

They're under constant mechanical forces.

Ze ervaren continu mechanische krachten.

So if we want to make cells happy

Als we dus cellen blij willen maken

outside our bodies,

buiten ons lichaam,

we need to become cell architects.

moeten we cel-ontwerper worden.

We need to design, build and engineer

We moeten een plek ontwerpen en bouwen

a home away from home for the cells.

buiten de natuurlijke plek voor cellen.

And at the Wyss Institute,

Op het Wyss-instituut

we've done just that.

hebben we dat gedaan.

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

We noemen het een orgaan-op-een-chip.

And I have one right here.

Ik heb er hier een.

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

Hij is mooi hè? Hij is echt ongelooflijk.

Right here in my hand is a breathing, living

Hier heb ik een ademende, levende

human lung on a chip.

menselijke long op een chip.

And it's not just beautiful.

Hij is niet alleen mooi.

It can do a tremendous amount of things.

Hij kan enorm veel dingen doen.

We have living cells in that little chip,

We hebben op die kleine chip levende cellen

cells that are in a dynamic environment

die leven in een dynamische omgeving.

interacting with different cell types.

Samenlevend met verschillende typen cellen.

There's been many people

Er zijn veel mensen

trying to grow cells in the lab.

die proberen cellen te kweken in het laboratorium.

They've tried many different approaches.

Ze hebben dat op verschillende manieren geprobeerd.

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

Ze hebben zelfs geprobeerd om mini-organen te kweken.

We're not trying to do that here.

Dat proberen we hier niet.

We're simply trying to recreate

We proberen op deze mini-chip

in this tiny chip

gewoon de kleinste eenheid

the smallest functional unit

te maken die nog werkt

that represents the biochemistry,

en de biochemie vertegenwoordigt.

the function and the mechanical strain

De functie en de mechanische druk

that the cells experience in our bodies.

die cellen ervaren in ons lichaam.

So how does it work? Let me show you.

Dus hoe werkt dat? Ik zal het uitleggen.

We use techniques from the computer chip

We gebruiken technieken

uit de computerchip-industrie,

manufacturing industry

to make these structures at a scale

om deze weefsels, die relevant zijn voor de cel en zijn omgeving,

relevant to both the cells and their environment.

op schaal te maken.

We have three fluidic channels.

We hebben drie vloeistofkanalen.

In the center, we have a porous, flexible membrane

In het midden zit een poreuze flexibele membraan

on which we can add human cells

waar we menselijke cellen kunnen toevoegen

from, say, our lungs,

van bijvoorbeeld longen.

and then underneath, they had capillary cells,

Eronder hebben ze capillaire cellen,

the cells in our blood vessels.

de cellen in onze aders.

And we can then apply mechanical forces to the chip

We kunnen ook mechanische krachten op de chip uitoefenen

that stretch and contract the membrane,

die het membraan rekken en strekken.

so the cells experience the same mechanical forces

De cellen ondergaan dezelfde krachten

that they did when we breathe.

als wanneer wij ademen.

And they experience them how they did in the body.

Dat voelt net als in het lichaam.

There's air flowing through the top channel,

Er stroomt lucht door het bovenste kanaal.

and then we flow a liquid that contains nutrients

Door het bloedkanaal laten we

through the blood channel.

een vloeistof stromen met voedingsstoffen.

Now the chip is really beautiful,

De chip is nu echt mooi,

but what can we do with it?

maar wat kunnen we ermee doen?

We can get incredible functionality

Er kan ongelooflijk veel

inside these little chips.

met deze kleine chips.

Let me show you.

Ik zal het laten zien.

We could, for example, mimic infection,

We kunnen bijvoorbeeld een besmetting naspelen,

where we add bacterial cells into the lung.

waarbij we bacteriën in de long doen

then we can add human white blood cells.

en menselijke witte bloedlichaampjes toevoegen.

White blood cells are our body's defense

Witte bloedcellen zijn de menselijke verdediging

against bacterial invaders,

tegen bacteriële aanvallen.

and when they sense this inflammation due to infection,

Als ze een ontsteking door een infectie voelen,

they will enter from the blood into the lung

dan gaan ze vanuit het bloed naar de long

and engulf the bacteria.

en overspoelen de bacterie.

Well now you're going to see this happening

Dat ga je nu in het echt zien

live in an actual human lung on a chip.

in de menselijke long op de chip.

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

We hebben de witte bloedcellen gemerkt zodat je ze ziet gaan,

and when they detect that infection,

en als ze een infectie ontdekken

they begin to stick.

blijven ze zitten.

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

Ze proberen dan vanuit het bloedkanaal

in de long te komen.

side from blood channel.

And you can see here, we can actually visualize

Zoals je ziet, kunnen we

a single white blood cell.

een enkele witte bloedcel zichtbaar maken.

It sticks, it wiggles its way through

Ze blijft zitten en kronkelt zich een weg

between the cell layers, through the pore,

tussen de cellagen door de poriën,

comes out on the other side of the membrane,

naar de andere kant van het membraan,

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

en verzwelgt daar de bacterie,

labeled in green.

hier in het groen.

In that tiny chip, you just witnessed

Je hebt zojuist in dit chipje

one of the most fundamental responses

de basisreactie gezien die ons lichaam heeft op een infectie.

our body has to an infection.

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

Zo reageren wij erop -- een immuunreactie.

It's pretty exciting.

Dat is nogal wat.

Now I want to share this picture with you,

Ik wil jullie deze foto laten zien.

not just because it's so beautiful,

Niet omdat hij zo mooi is,

but because it tells us an enormous amount of information

maar omdat hij ons veel informatie geeft

about what the cells are doing within the chips.

over het gedrag van de cellen in de chips.

It tells us that these cells

Deze cellen uit kleine luchtwegen in de longen,

from the small airways in our lungs,

actually have these hairlike structures

hebben deze haarachtige structuur,

that you would expect to see in the lung.

die je ook zou verwachten in longen.

These structures are called cilia,

Ze worden cilia genoemd.

and they actually move the mucus out of the lung.

Ze werken het slijm uit de longen.

Yeah. Mucus. Yuck.

Ja, slijm. Bah.

But mucus is actually very important.

Maar slijm is erg belangrijk.

Mucus traps particulates, viruses,

Slijm vangt stofjes, virussen,

potential allergens,

allergenen,

and these little cilia move

en deze cilia bewegen

and clear the mucus out.

het slijm naar buiten.

When they get damaged, say,

Als ze beschadigen, door bijvoorbeeld

by cigarette smoke for example,

rook van sigaretten,

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

werken ze niet goed en kunnen ze het slijm niet verwijderen.

And that can lead to diseases such as bronchitis.

Dat kan leiden tot ziektes als bronchitis.

Cilia and the clearance of mucus

Cilia en het verwijderen van slijm

are also involved in awful diseases like cystic fibrosis.

hebben ook te maken met ernstige ziektes als cystische fibrose.

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

De chips geven ons de kans te zoeken

we can begin to look

De chips geven ons de kans te zoeken

for potential new treatments.

naar nieuwe behandelmethoden.

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

We deden meer dan een long op een chip.

We have a gut on a chip.

We hebben een darm-op-een-chip.

You can see one right here.

Hier zie je er een.

And we've put intestinal human cells

We hebben ook intestinale cellen

in a gut on a chip,

in een darm op een chip gemaakt.

and they're under constant peristaltic motion,

Ze bewegen continu peristaltisch.

this trickling flow through the cells,

Deze beweging door de cellen.

and we can mimic many of the functions

We kunnen veel van deze functies nabootsen

that you actually would expect to see

zoals je verwacht te zien

in the human intestine.

in de menselijke darmen.

Now we can begin to create models of diseases

We kunnen ondertussen modellen maken van ziektes

such as irritable bowel syndrome.

zoals prikkelbaredarmsyndroom.

This is a disease that affects

Dat is een aandoening

a large number of individuals.

waar veel mensen aan lijden.

It's really debilitating,

Het is echt slopend.

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

Er zijn niet veel goede behandelingen voor.

Now we have a whole pipeline

We hebben een hele serie

of different organ chips

verschillende orgaanchips

that we are currently working on in our labs.

waar we in onze laboratoria aan werken.

Now, the true power of this technology, however,

De kracht van deze technologie

really comes from the fact

komt van het feit

that we can fluidically link them.

dat we ze kunnen koppelen met stromen.

There's fluid flowing across these cells,

Er stroomt vloeistof door deze cellen,

so we can begin to interconnect

dus kunnen we ze onderling verbinden.

multiple different chips together

Meerdere chips aan elkaar,

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

om er een virtuele mens mee te maken.

Now we're really getting excited.

Dit wordt pas spannend.

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

We gaan geen echte mens maken met deze chips,

but what our goal is is to be able to recreate

maar wat we willen,

sufficient functionality

is zoveel functies toevoegen

so that we can make better predictions

dat we daarmee beter kunnen voorspellen

of what's going to happen in humans.

wat er gebeurt in mensen.

For example, now we can begin to explore

We kunnen bijvoorbeeld onderzoeken

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

wat er gebeurt als we iets met een inhalator geven.

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

Voor mensen die zoals ik astma hebben en een inhalator gebruiken,

we can explore how that drug comes into your lungs,

kunnen we onderzoeken hoe het in je longen komt,

how it enters the body,

je lichaam binnengaat,

how it might affect, say, your heart.

hoe het op je hart werkt.

Does it change the beating of your heart?

Verandert het je hartslag?

Does it have a toxicity?

Is het giftig?

Does it get cleared by the liver?

Wordt het er door de lever uitgefilterd?

Is it metabolized in the liver?

Wordt het omgezet door de lever?

Is it excreted in your kidneys?

Wordt het door de nieren uitgescheiden?

We can begin to study the dynamic

We kunnen de dynamische reactie

response of the body to a drug.

van het lichaam op het middel bestuderen.

This could really revolutionize

Dat kan revolutionair worden

and be a game changer

en een aardverschuiving zijn.

for not only the pharmaceutical industry,

Niet alleen voor de geneesmiddelindustrie,

but a whole host of different industries,

maar voor veel andere industrieën,

including the cosmetics industry.

inclusief de cosmetische.

We can potentially use the skin on a chip

We zouden de huid op een chip kunnen maken.

that we're currently developing in the lab

We maken die momenteel in ons lab

to test whether the ingredients in those products

om te testen of de ingrediënten in de producten

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

veilig zijn voor je huid,

without the need for animal testing.

zonder eerst dierproeven te doen.

We could test the safety

We zouden de veiligheid kunnen testen

of chemicals that we are exposed to

van chemische middelen waaraan we dagelijks

on a daily basis in our environment,

worden blootgesteld in onze omgeving.

such as chemicals in regular household cleaners.

Zoals in schoonmaakmiddelen.

We could also use the organs on chips

We kunnen de organen op een chip ook gebruiken

for applications in bioterrorism

voor toepassing tegen bioterrorisme

or radiation exposure.

of blootstelling aan straling.

We could use them to learn more about

We kunnen ze gebruiken om meer te leren

diseases such as ebola

over ziektes als ebola

or other deadly diseases such as SARS.

of ander dodelijke ziektes zoals SARS.

Organs on chips could also change

Organen op een chip kunnen ook

the way we do clinical trials in the future.

de manier veranderen waarop we klinische tests doen.

Right now, the average participant

De gemiddelde deelnemer aan een klinische test

in a clinical trial is that: average.

is nu nog gemiddeld:

Tends to be middle aged, tends to be female.

vaak van middelbare leeftijd en vrouwelijk.

You won't find many clinical trials

Je zult weinig klinische tests vinden

in which children are involved,

voor kinderen.

yet every day, we give children medications,

Maar we geven ook kinderen medicatie.

and the only safety data we have on that drug

terwijl de gegevens over veiligheid bij dat geneesmiddel

is one that we obtained from adults.

is verkregen van volwassenen.

Children are not adults.

Kinderen zijn geen volwassenen.

They may not respond in the same way adults do.

Ze reageren soms anders.

There are other things like genetic differences

Er zijn nog meer verschillen zoals

in populations

tussen bevolkingsgroepen

that may lead to at-risk populations

die risicogroep kunnen worden

that are at risk of having an adverse drug reaction.

omdat ze verschillend reageren op geneesmiddelen.

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

Stel je voor dat we cellen konden nemen van verschillende bevolkingsgroepen,

put them on chips,

ze op een chip konden doen

and create populations on a chip.

en dan bevolkingsgroepen konden maken.

This could really change the way

Dat zou de manier waarop we klinische tests

we do clinical trials.

doen helemaal veranderen.

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

Dit is het team met de mensen die dat doen.

We have engineers, we have cell biologists,

Met technici, celbiologen,

we have clinicians, all working together.

klinische artsen, allemaal werken ze samen.

We're really seeing something quite incredible

We zien iets heel bijzonders

at the Wyss Institute.

op het Wyss-instituut.

It's really a convergence of disciplines,

De disciplines vloeien er samen.

where biology is influencing the way we design,

Biologie beïnvloedt het ontwerpen,

the way we engineer, the way we build.

de manier van onderzoeken, van bouwen.

It's pretty exciting.

Het is heel spannend.

We're establishing important industry collaborations

We hebben belangrijke industriële samenwerkingen tot stand gebracht.

such as the one we have with a company

Zoals met een bedrijf

that has expertise in large-scale digital manufacturing.

dat knowhow heeft van grootschalige digitale techniek.

They're going to help us make,

Ze helpen ons bij het maken

instead of one of these,

van niet één, maar miljoenen chips,

millions of these chips,

so that we can get them into the hands

zodat we ze bij zoveel mogelijk onderzoekers krijgen.

of as many researchers as possible.

And this is key to the potential of that technology.

Dat is de sleutel tot de mogelijkheden van deze technologie.

Now let me show you our instrument.

Ik zal je onze instrumenten laten zien.

This is an instrument that our engineers

Dit instrument zijn onze onderzoekers

are actually prototyping right now in the lab,

nu in ons lab aan het uitproberen.

and this instrument is going to give us

Met dit instrument kunnen we bijvoorbeeld

the engineering controls that we're going to require

10 of meer organen koppelen.

in order to link 10 or more organ chips together.

It does something else that's very important.

Het doet nog iets wat heel interessant is.

It creates an easy user interface.

Het maakt een heel eenvoudig controlepaneel.

So a cell biologist like me can come in,

Celbiologen zoals ik kunnen binnenkomen,

take a chip, put it in a cartridge

een chip pakken, in een houder stoppen,

like the prototype you see there,

zoals het prototype hier.

put the cartridge into the machine

Dan stoppen ze de houder in de machine,

just like you would a C.D.,

net zoals je met een cd doet,

and away you go.

en daar gaat ie.

Plug and play. Easy.

Plug en play. Simpel.

Now, let's imagine a little bit

Stel je nu even voor

what the future might look like

hoe de toekomst eruit kan zien

if I could take your stem cells

als je stamcellen kon pakken

and put them on a chip,

en ze op een chip kon plaatsen,

or your stem cells and put them on a chip.

of jouw eigen stamcellen.

It would be a personalized chip just for you.

Dat zou een persoonlijke chip zijn van jezelf.

Now all of us in here are individuals,

Iedereen hier is een individu,

and those individual differences mean

en die individuele verschillen betekenen

that we could react very differently

dat we verschillend kunnen reageren op geneesmiddelen.

and sometimes in unpredictable ways to drugs.

Soms op onvoorspelbare manieren.

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

Ikzelf had jaren geleden zware hoofdpijn,

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

die bleef aanhouden en dacht: ik probeer iets anders.

I took some Advil. Fifteen minutes later,

Ik nam Advil. Een kwartier later,

I was on my way to the emergency room

was ik op weg naar de Eerste Hulp

with a full-blown asthma attack.

met een complete astma-aanval.

Now, obviously it wasn't fatal,

Zoals je ziet was hij niet fataal,

but unfortunately, some of these

maar helaas kunnen sommige reacties

adverse drug reactions can be fatal.

op geneesmiddelen wel fataal zijn.

So how do we prevent them?

Hoe kan je dat voorkomen?

Well, we could imagine one day

Misschien wel met een

having Geraldine on a chip,

Geraldine op een chip,

having Danielle on a chip,

een Danielle op een chip,

having you on a chip.

jij op een chip.

Personalized medicine. Thank you.

Privégeneesmiddel. Dank je wel.

(Applause)

(Applaus)