Geraldine Hamilton: Body parts on a chip

Tradutor: Marcella Lopes Revisora: Tatiana Paraizo

We have a global health challenge

Temos um desafio de saúde global

in our hands today,

em nossas mãos.

and that is that the way we currently

A forma com que, atualmente,

discover and develop new drugs

descobrimos e desenvolvemos novos medicamentos

is too costly, takes far too long,

é muito cara, leva muito tempo

and it fails more often than it succeeds.

e obtemos mais fracassos do que sucessos.

It really just isn't working, and that means

Isto simplesmente não está a funcionar, o que significa

that patients that badly need new therapies

que os pacientes que precisam muito de novas terapias

are not getting them,

não as conseguem receber

and diseases are going untreated.

e algumas doenças continuam sem tratamento.

We seem to be spending more and more money.

Parece que estamos a gastar cada vez mais dinheiro,

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

pois para cada mil milhões de dólares gastos com pesquisa e desenvolvimento,

we're getting less drugs approved into the market.

temos menos medicamentos aprovados no mercado.

More money, less drugs. Hmm.

Mais dinheiro, menos medicamentos. Hmm.

So what's going on here?

Então, o que está a acontecer?

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

Bem, há diversos fatores em jogo,

but I think one of the key factors

mas acredito que um dos principais

is that the tools that we currently have

seja que as ferramentas que temos

available to test whether a drug is going to work,

disponíveis para testar se um medicamento irá funcionar,

whether it has efficacy,

se será eficaz,

or whether it's going to be safe

ou se será seguro

before we get it into human clinical trials,

antes de chegar aos testes clínicos em humanos, estão a falhar.

are failing us. They're not predicting

Não conseguem prever

what's going to happen in humans.

o que acontecerá nos humanos.

And we have two main tools available

E nós temos duas ferramentas importantes

at our disposal.

à nossa disposição.

They are cells in dishes and animal testing.

São as células "in vitro" e os testes em animais.

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

Vamos falar sobre a primeira, as células "in vitro".

So, cells are happily functioning in our bodies.

Lá estão as células, a funcionar felizes nos nossos corpos.

We take them and rip them out

Nós pegamos nelas e retiramo-las

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

do seu "habitat" natural, metemo-las em placas de cultura,

and expect them to work.

e esperamos que elas funcionem.

Guess what. They don't.

Adivinhem só. Elas não funcionam.

They don't like that environment

Não gostam daquele ambiente

because it's nothing like

porque não tem nada a ver

what they have in the body.

com o que existe no corpo.

What about animal testing?

E os testes com animais?

Well, animals do and can provide

Bem, os animais de facto fornecem

extremely useful information.

informações extremamente úteis.

They teach us about what happens

Ele ensinam-nos o que se passa

in the complex organism.

nos organismos complexos.

We learn more about the biology itself.

Aprendemos mais sobre a biologia propriamente dita.

However, more often than not,

Entretanto, na maioria das vezes,

animal models fail to predict what will happen in humans

os modelos animais falham na previsão do que acontecerá nos humanos

when they're treated with a particular drug.

quando são tratados com uma droga específica.

So we need better tools.

Portanto, precisamos de melhores ferramentas.

We need human cells,

Precisamos de células humanas,

but we need to find a way to keep them happy

mas precisamos de encontrar uma forma de mantê-las felizes

outside the body.

fora do corpo.

Our bodies are dynamic environments.

Os nossos corpos são ambientes dinâmicos.

We're in constant motion.

Estamos em constante movimento.

Our cells experience that.

As nossas células sentem isso.

They're in dynamic environments in our body.

Estão em ambientes dinâmicos dentro do nosso corpo.

They're under constant mechanical forces.

Estão sob forças mecânicas constantes.

So if we want to make cells happy

Então, para fazer as células felizes

outside our bodies,

fora dos nossos corpos,

we need to become cell architects.

precisamos de nos tornar arquitetos celulares.

We need to design, build and engineer

Precisamos de desenhar, planear e construir

a home away from home for the cells.

um lar longe de casa para as células.

And at the Wyss Institute,

E no Wyss Institute

we've done just that.

fizemos exatamente isso.

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

Nós chamamo-lo de órgão em "chip".

And I have one right here.

E eu tenho um aqui.

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

É lindo, não é? Mas é inacreditável.

Right here in my hand is a breathing, living

Bem, aqui na minha mão há um pulmão humano

human lung on a chip.

a respirar, vivo num "chip".

And it's not just beautiful.

E não é só bonito.

It can do a tremendous amount of things.

Ele consegue fazer uma imensa variedade de coisas.

We have living cells in that little chip,

Temos células vivas naquele pequeno "chip",

cells that are in a dynamic environment

células que estão num ambiente dinâmico

interacting with different cell types.

a interagir com diferentes tipos celulares.

There's been many people

Muitas pessoas já tentaram

trying to grow cells in the lab.

cultivar células em laboratório.

They've tried many different approaches.

Tentaram de muitas maneiras diferentes.

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

Tentaram até cultivar pequenos mini-órgãos em laboratório.

We're not trying to do that here.

Não é o que estamos a tentar fazer aqui.

We're simply trying to recreate

Estamos simplesmente a tentar recriar

in this tiny chip

neste "chip" minúsculo

the smallest functional unit

a menor unidade funcional

that represents the biochemistry,

que represente a bioquímica,

the function and the mechanical strain

a função e tensão mecânica

that the cells experience in our bodies.

que as células vivenciam nos nossos corpos.

So how does it work? Let me show you.

Mas, como funciona? Vou mostrar-vos.

We use techniques from the computer chip

Usamos as técnicas da indústria que fabrica

manufacturing industry

"chips" de computador

to make these structures at a scale

para fazer estas estruturas numa escala

relevant to both the cells and their environment.

relevante tanto em relação às células como ao seu ambiente.

We have three fluidic channels.

Temos três canais fluídicos.

In the center, we have a porous, flexible membrane

No centro, temos uma membrana porosa, flexível

on which we can add human cells

na qual podemos adicionar células humanas,

from, say, our lungs,

por exemplo, dos pulmões,

and then underneath, they had capillary cells,

e mais abaixo teriam as células capilares,

the cells in our blood vessels.

as células nos nossos vasos sanguíneos.

And we can then apply mechanical forces to the chip

E podemos, então, aplicar forças mecânicas ao "chip"

that stretch and contract the membrane,

que esticam e encolhem a membrana,

so the cells experience the same mechanical forces

para que as células recebam as mesmas forças mecânicas

that they did when we breathe.

que receberiam quando respiramos.

And they experience them how they did in the body.

E elas a recebem da mesma maneira que aconteceria no corpo.

There's air flowing through the top channel,

Existe ar a passar pelo canal superior,

and then we flow a liquid that contains nutrients

e acrescentamos um líquido que contém nutrientes

through the blood channel.

através do canal do sangue.

Now the chip is really beautiful,

O "chip" é bem bonito,

but what can we do with it?

mas o que podemos fazer com ele?

We can get incredible functionality

Podemos ter funcionalidades incríveis

inside these little chips.

dentro destes pequenos "chips".

Let me show you.

Mostrar-vos-ei.

We could, for example, mimic infection,

Poderíamos, por exemplo, imitar uma infeção,

where we add bacterial cells into the lung.

introduzindo células bacterianas nos pulmões.

then we can add human white blood cells.

Então, podemos adicionar glóbulos brancos.

White blood cells are our body's defense

Os glóbulos brancos são as células de defesa do nosso corpo

against bacterial invaders,

contra as bactérias invasoras,

and when they sense this inflammation due to infection,

e ao perceberem esta inflamação devido à infeção,

they will enter from the blood into the lung

elas vão passar do sangue para o pulmão

and engulf the bacteria.

para esmagar a bactéria.

Well now you're going to see this happening

Bem, agora vocês vão ver acontecer

live in an actual human lung on a chip.

ao vivo num pulmão humano em "chip".

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

Nós marcámos os glóbulos brancos para que os possam ver a fluir.

and when they detect that infection,

Quando eles detetam a infeção,

they begin to stick.

começam a aderir.

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

Eles aderem e tentam passar da artéria

side from blood channel.

para o pulmão,

And you can see here, we can actually visualize

É possível ver aqui, podemos realmente visualizar

a single white blood cell.

um único glóbulo branco.

It sticks, it wiggles its way through

Ele adere, abre caminho por entre

between the cell layers, through the pore,

as camadas celulares, através do poro,

comes out on the other side of the membrane,

surge do outro lado da membrana,

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

e aí, irá envolver a bactéria

labeled in green.

marcada a verde.

In that tiny chip, you just witnessed

Neste minúsculo "chip", vocês acabaram de testemunhar

one of the most fundamental responses

uma das respostas mais fundamentais

our body has to an infection.

do nosso corpo contra uma infeção.

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

É assim que respondemos — uma resposta imune.

It's pretty exciting.

É muito empolgante.

Now I want to share this picture with you,

Agora quero partilhar esta imagem convosco,

not just because it's so beautiful,

não só por ser tão bonita,

but because it tells us an enormous amount of information

mas por trazer uma enorme quantidade de informações

about what the cells are doing within the chips.

sobre o que as células fazem dentro dos "chips".

It tells us that these cells

Isto mostra-nos que estas células

from the small airways in our lungs,

das pequenas vias aéreas nos nossos pulmões,

actually have these hairlike structures

realmente têm estas estruturas parecidas com pelos

that you would expect to see in the lung.

que se espera ver nos pulmões.

These structures are called cilia,

Estas estruturas são chamadas cílios,

and they actually move the mucus out of the lung.

e movem o muco para fora do pulmão.

Yeah. Mucus. Yuck.

Sim. Muco. Que nojo!

But mucus is actually very important.

Mas o muco é realmente muito importante.

Mucus traps particulates, viruses,

O muco captura partículas, vírus,

potential allergens,

alergéneos em potencial,

and these little cilia move

e estes cílios movimentam-se

and clear the mucus out.

e limpam o muco para fora.

When they get damaged, say,

Quando são danificados, digamos,

by cigarette smoke for example,

pelo fumo de cigarro, por exemplo,

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

não funcionam adequadamente, e não conseguem limpar o muco.

And that can lead to diseases such as bronchitis.

Isso pode causar doenças como a bronquite.

Cilia and the clearance of mucus

Os cílios e a limpeza do muco

are also involved in awful diseases like cystic fibrosis.

também estão envolvidos em doenças terríveis como a fibrose quística.

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

Mas agora, com a funcionalidade que temos nestes "chips",

we can begin to look

podemos começar a procurar

for potential new treatments.

possíveis novos tratamentos.

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

Não parámos no pulmão em "chip".

We have a gut on a chip.

Temos um intestino em "chip".

You can see one right here.

Vocês podem vê-lo aqui.

And we've put intestinal human cells

E colocámos células de intestino humano

in a gut on a chip,

num intestino em "chip",

and they're under constant peristaltic motion,

que estão sob constantes movimentos peristálticos,

this trickling flow through the cells,

este fluxo intermitente através das células,

and we can mimic many of the functions

e podemos simular muitas outras funções

that you actually would expect to see

que realmente existem

in the human intestine.

no intestino humano.

Now we can begin to create models of diseases

Agora podemos começar a criar modelos de doenças

such as irritable bowel syndrome.

como a síndrome do intestino irritável.

This is a disease that affects

Esta doença afeta

a large number of individuals.

um grande número de pessoas.

It's really debilitating,

É muito incapacitante,

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

e não existem muitos tratamentos bons para isso.

Now we have a whole pipeline

Agora, temos toda uma tubulação

of different organ chips

de diferentes "chips" de órgãos

that we are currently working on in our labs.

em que estamos a trabalhar atualmente nos nossos laboratórios.

Now, the true power of this technology, however,

O verdadeiro poder desta tecnologia, no entanto,

really comes from the fact

vem do facto de podermos

that we can fluidically link them.

ligá-los fluidicamente.

There's fluid flowing across these cells,

Existe fluido a passar por entre as células,

so we can begin to interconnect

de modo que podemos interligar

multiple different chips together

múltiplos "chips" diferentes juntos

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

para formar o que chamamos de "humano em 'chip' ".

Now we're really getting excited.

Agora sim, estamos muito empolgados!

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

Nunca recriaremos um humano inteiro nestes "chips",

but what our goal is is to be able to recreate

mas o nosso objetivo é sermos capazes de recriar

sufficient functionality

funcionalidades suficientes

so that we can make better predictions

para que possamos fazer melhores previsões

of what's going to happen in humans.

do que irá acontecer nos humanos.

For example, now we can begin to explore

Por exemplo, podemos começar a explorar

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

o que acontece quando damos um medicamento por inalação.

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

Quem de vocês tem asma, assim como eu, ao usar a bombinha,

we can explore how that drug comes into your lungs,

podemos explorar como o medicamento entra nos seus pulmões,

how it enters the body,

como entra no seu corpo,

how it might affect, say, your heart.

como poderá afetar, digamos, o seu coração.

Does it change the beating of your heart?

Será que altera os seus batimentos cardíacos?

Does it have a toxicity?

Será que é tóxico?

Does it get cleared by the liver?

Será que é eliminado pelo fígado?

Is it metabolized in the liver?

É metabolizado no fígado?

Is it excreted in your kidneys?

Será excretado pelos rins?

We can begin to study the dynamic

Podemos estudar a resposta dinâmica

response of the body to a drug.

do corpo a um medicamento.

This could really revolutionize

Isto poderá mesmo revolucionar

and be a game changer

e virar o jogo

for not only the pharmaceutical industry,

não só para a indústria farmacêutica,

but a whole host of different industries,

mas para toda uma gama de diferentes indústrias,

including the cosmetics industry.

incluindo a indústria cosmética.

We can potentially use the skin on a chip

Poderemos usar a pele em "chip"

that we're currently developing in the lab

que está em desenvolvimento no laboratório

to test whether the ingredients in those products

para testar se os ingredientes dos produtos

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

que você usa são mesmo seguros para colocar na sua pele

without the need for animal testing.

sem a necessidade de testes em animais.

We could test the safety

Poderíamos testar a segurança

of chemicals that we are exposed to

dos produtos químicos aos quais estamos expostos

on a daily basis in our environment,

diariamente no ambiente,

such as chemicals in regular household cleaners.

tais como os presentes em produtos de limpeza.

We could also use the organs on chips

Poderíamos usar os "chips" de órgãos

for applications in bioterrorism

para aplicações no bioterrorismo

or radiation exposure.

ou exposição à radiação.

We could use them to learn more about

Poderíamos usá-los para saber mais sobre

diseases such as ebola

doenças como o ébola

or other deadly diseases such as SARS.

ou outras letais como a síndrome respiratória aguda grave.

Organs on chips could also change

Os "chips" de órgãos também poderiam mudar

the way we do clinical trials in the future.

o modo como faremos testes clínicos no futuro.

Right now, the average participant

Atualmente, o participante médio

in a clinical trial is that: average.

num estudo clínico é assim: médio.

Tends to be middle aged, tends to be female.

Tende a ser de meia idade, tende a ser mulher.

You won't find many clinical trials

Não se encontram muitos estudos clínicos

in which children are involved,

a envolver crianças,

yet every day, we give children medications,

apesar de, diariamente, darmos remédios às crianças

and the only safety data we have on that drug

e a única informação que temos sobre a segurança desses medicamentos

is one that we obtained from adults.

é obtida a partir de adultos.

Children are not adults.

As crianças não são adultos.

They may not respond in the same way adults do.

Podem não ter a mesma resposta dos adultos.

There are other things like genetic differences

Há outros fatores como as diferenças genéticas

in populations

nas populações

that may lead to at-risk populations

que podem levar a populações de risco

that are at risk of having an adverse drug reaction.

que podem sofrer reações adversas ao medicamento.

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

Agora, imagine que pegamos em células de todas estas diferentes populações

put them on chips,

colocamo-las em "chips"

and create populations on a chip.

e criamos populações em "chip".

This could really change the way

Isso realmente poderia mudar o modo

we do clinical trials.

de fazer estudos clínicos.

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

E esta é a equipa e as pessoas que estão a fazer isto.

We have engineers, we have cell biologists,

Temos engenheiros, biólogos celulares,

we have clinicians, all working together.

temos médicos, todos a trabalhar juntos.

We're really seeing something quite incredible

Estamos a presenciar algo realmente incrível

at the Wyss Institute.

no Wyss Institute.

It's really a convergence of disciplines,

É uma verdadeira convergência de disciplinas,

where biology is influencing the way we design,

onde a biologia influencia o modo como desenhamos,

the way we engineer, the way we build.

planeamos e construímos.

It's pretty exciting.

É muito empolgante.

We're establishing important industry collaborations

Estabelecemos importantes parcerias industriais

such as the one we have with a company

como a que temos com uma empresa

that has expertise in large-scale digital manufacturing.

especialista em manufatura digital em larga escala.

They're going to help us make,

Eles ajudar-nos-ão a fazer

instead of one of these,

em vez de apenas um,

millions of these chips,

milhões destes "chips",

so that we can get them into the hands

para que os possamos ter nas mãos

of as many researchers as possible.

do maior número possível de investigadores.

And this is key to the potential of that technology.

E isso é fundamental para o potencial desta tecnologia.

Now let me show you our instrument.

Agora, deixem-me mostrar-vos o nosso instrumento.

This is an instrument that our engineers

É o instrumento em que os nossos engenheiros

are actually prototyping right now in the lab,

estão a trabalhar neste momento, como protótipo no laboratório,

and this instrument is going to give us

e ele fornecer-nos-á

the engineering controls that we're going to require

os controlos necessários de modo a

in order to link 10 or more organ chips together.

unirmos 10 ou mais "chips" de órgãos.

It does something else that's very important.

Também faz algo de muita importância.

It creates an easy user interface.

Cria uma "interface" de fácil utilização.

So a cell biologist like me can come in,

Assim, um biólogo celular como eu pode entrar,

take a chip, put it in a cartridge

pegar num "chip", colocá-lo num cartucho

like the prototype you see there,

como o protótipo visto aqui,

put the cartridge into the machine

colocar o cartucho na máquina

just like you would a C.D.,

tal como se faz com um CD,

and away you go.

e pronto.

Plug and play. Easy.

Ligar à corrente e pôr a máquina a funcionar. Fácil.

Now, let's imagine a little bit

Agora, imaginem um pouco

what the future might look like

como seria no futuro

if I could take your stem cells

se eu pudesse pegar nas suas células estaminais

and put them on a chip,

e as colocasse num "chip",

or your stem cells and put them on a chip.

ou nas suas células estaminais e as colocasse num "chip".

It would be a personalized chip just for you.

Seria um "chip" personalizado à sua medida.

Now all of us in here are individuals,

Todos nós aqui somos indivíduos,

and those individual differences mean

e as diferenças individuais significam

that we could react very differently

que podemos reagir de modos diferentes

and sometimes in unpredictable ways to drugs.

e, às vezes, imprevisíveis aos medicamentos.

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

Eu mesma, há alguns anos, tive uma forte dor de cabeça,

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

de que não me conseguia livrar e pensei: "Vou tentar algo diferente."

I took some Advil. Fifteen minutes later,

Tomei Advil. Quinze minutos depois,

I was on my way to the emergency room

eu estava a caminho das emergências

with a full-blown asthma attack.

com uma completa crise de asma.

Now, obviously it wasn't fatal,

Obviamente, não foi fatal,

but unfortunately, some of these

mas, infelizmente, alguns destes efeitos adversos

adverse drug reactions can be fatal.

dos medicamentos podem ter reações fatais.

So how do we prevent them?

Então, como os prevenimos?

Well, we could imagine one day

Bem, poderíamos imaginar um dia

having Geraldine on a chip,

ter a Geraldine num "chip",

having Danielle on a chip,

ter a Danielle num "chip",

having you on a chip.

tê-lo a si num "chip".

Personalized medicine. Thank you.

Medicina personalizada. Obrigada!

(Applause)

(Aplausos)