Geraldine Hamilton: Body parts on a chip

Джеральдина Гамильтон: Части тела на чипе

Переводчик: Alina Siluyanova Редактор: Aliaksandr Autayeu

We have a global health challenge

Сегодня перед нами проблема здравоохранения

in our hands today,

мирового масштаба:

and that is that the way we currently

современный способ поиска

discover and develop new drugs

и разработки новых лекарств

is too costly, takes far too long,

слишком дорогостоящий, занимает слишком много времени

and it fails more often than it succeeds.

и является провальным чаще, чем успешным.

It really just isn't working, and that means

Он просто не работает, а это значит,

that patients that badly need new therapies

что пациенты, которым крайне необходимы новые виды терапии,

are not getting them,

их не получают,

and diseases are going untreated.

а болезни не излечены.

We seem to be spending more and more money.

Кажется, что мы тратим всё больше и больше денег.

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

На каждый миллиард долларов, вложенный в исследования и разработку,

we're getting less drugs approved into the market.

мы получаем всё меньше одобренных на рынке лекарств.

More money, less drugs. Hmm.

Больше денег, меньше лекарств. Хм-м-м.

So what's going on here?

Так что же происходит?

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

Существует множество факторов,

but I think one of the key factors

но, я думаю, одним из ключевых является то,

is that the tools that we currently have

что те инструменты, какие на данный момент доступны нам

available to test whether a drug is going to work,

для тестирования, будет ли лекарство работать,

whether it has efficacy,

эффективно ли оно,

or whether it's going to be safe

или будет ли оно безопасно

before we get it into human clinical trials,

до того, как мы начнём проводить с ним клинические испытания на людях,

are failing us. They're not predicting

нас подводят. Они не предсказывают,

what's going to happen in humans.

что будет происходить в людях.

And we have two main tools available

В нашем распоряжении есть

at our disposal.

два главных доступных инструмента.

They are cells in dishes and animal testing.

Это — клеточные колонии и тестирование на животных.

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

Поговорим о первом: клеточные колонии.

So, cells are happily functioning in our bodies.

Клетки успешно функционируют в наших телах.

We take them and rip them out

Мы берём и вытаскиваем их

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

из их родной среды, бросаем их на одно из этих блюдец

and expect them to work.

и ждём, что они будут работать.

Guess what. They don't.

Знаете что? Они не работают.

They don't like that environment

Им не нравится эта среда,

because it's nothing like

потому как она совсем не похожа на ту,

what they have in the body.

что была у них внутри тела.

What about animal testing?

Как насчёт тестирования на животных?

Well, animals do and can provide

Животные могут обеспечить и обеспечивают

extremely useful information.

чрезвычайно важной информацией.

They teach us about what happens

Они учат нас тому, что происходит

in the complex organism.

в сложном организме.

We learn more about the biology itself.

Мы узнаём больше о биологии как таковой.

However, more often than not,

Однако, чаще, чем хотелось бы,

animal models fail to predict what will happen in humans

животные модели терпят неудачу в предсказывании реакции людей

when they're treated with a particular drug.

на лечение конкретным лекарством.

So we need better tools.

Нам нужны лучшие инструменты.

We need human cells,

Нужны человеческие клетки,

but we need to find a way to keep them happy

но нужно найти способ поддерживать их счастливыми

outside the body.

за пределами тела.

Our bodies are dynamic environments.

Наши тела — это динамические среды.

We're in constant motion.

Мы находимся в постоянном движении.

Our cells experience that.

И наши клетки это ощущают.

They're in dynamic environments in our body.

Они живут в динамической среде в теле.

They're under constant mechanical forces.

Они находятся под постоянным воздействием механических сил.

So if we want to make cells happy

И если мы хотим сделать клетки счастливыми

outside our bodies,

вне тела,

we need to become cell architects.

нам нужно стать клеточными архитекторами.

We need to design, build and engineer

Нужно придумать, разработать и спроектировать

a home away from home for the cells.

дом вдали от дома для клеток.

And at the Wyss Institute,

В Институте Висс

we've done just that.

мы это сделали.

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

Мы называем это «орган-на-чипе».

And I have one right here.

Один из них у меня вот тут.

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

Красиво, не так ли? Но это просто удивительно.

Right here in my hand is a breathing, living

Прямо здесь у меня в руке дышащее, живущее

human lung on a chip.

человеческое лёгкое на чипе.

And it's not just beautiful.

И это не только красиво.

It can do a tremendous amount of things.

Он может делать огромное количество вещей.

We have living cells in that little chip,

На этом маленьком чипе у нас живые клетки,

cells that are in a dynamic environment

клетки, которые в динамической среде

interacting with different cell types.

взаимодействуют с различными видами клеток.

There's been many people

Множество людей пытались

trying to grow cells in the lab.

вырастить клетки в лаборатории.

They've tried many different approaches.

Пробовали разные подходы.

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

Даже пытались вырастить маленькие мини-органы в лаборатории.

We're not trying to do that here.

Мы это делать не пытаемся.

We're simply trying to recreate

Мы просто стараемся воссоздать

in this tiny chip

на этом крошечном чипе

the smallest functional unit

мельчайший функциональный блок,

that represents the biochemistry,

представляющий собой биохимию,

the function and the mechanical strain

функцию и механическую нагрузку,

that the cells experience in our bodies.

которые клетки испытывают в нашем теле.

So how does it work? Let me show you.

Как же это работает? Позвольте мне вам показать.

We use techniques from the computer chip

Мы применяем методы отрасли

manufacturing industry

по производству компьютерных чипов,

to make these structures at a scale

чтобы создать эти конструкции в масштабе,

relevant to both the cells and their environment.

соответствующем как клеткам, так и их среде.

We have three fluidic channels.

У нас есть 3 жидкостных канала.

In the center, we have a porous, flexible membrane

В центра установлена пористая подвижная мембрана,

on which we can add human cells

на которую можно поместить клетку человека,

from, say, our lungs,

например, из лёгкого,

and then underneath, they had capillary cells,

а под ними есть капиллярные клетки —

the cells in our blood vessels.

клетки из наших кровеносных сосудов.

And we can then apply mechanical forces to the chip

И затем мы можем приложить механические силы к чипу,

that stretch and contract the membrane,

растягивающие и сжимающие мембрану таким образом, что

so the cells experience the same mechanical forces

клетки испытывают те же механические силы,

that they did when we breathe.

что они испытывают, когда мы дышим.

And they experience them how they did in the body.

И испытывают их тем же самым образом, что и в теле.

There's air flowing through the top channel,

Есть поступающий через верхний канал воздух,

and then we flow a liquid that contains nutrients

а ещё мы добавляем жидкость, содержащую питательные вещества,

through the blood channel.

через кровеносный канал.

Now the chip is really beautiful,

Чип действительно красивый,

but what can we do with it?

но что можно с ним делать?

We can get incredible functionality

Мы можем получить невероятные возможности

inside these little chips.

внутри таких маленьких чипов.

Let me show you.

Позвольте продемонстрировать вам.

We could, for example, mimic infection,

Мы можем, например, имитировать инфекцию,

where we add bacterial cells into the lung.

вводя бактериальные клетки в лёгкое.

then we can add human white blood cells.

Затем мы можем добавить белые кровяные клетки человека.

White blood cells are our body's defense

Белые кровяные клетки — защита нашего организма

against bacterial invaders,

против бактериальных захватчиков,

and when they sense this inflammation due to infection,

и когда они чувствуют это воспаление из-за инфекции,

they will enter from the blood into the lung

они входят из крови в лёгкое

and engulf the bacteria.

и поглощают бактерии.

Well now you're going to see this happening

Сейчас вы увидите это вживую,

live in an actual human lung on a chip.

на настоящем человеческом лёгком на чипе.

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

Мы промаркировали белые кровяные клетки так, чтобы вы могли их видеть,

and when they detect that infection,

и когда они выявляют эту инфекцию.

they begin to stick.

они начинают липнуть.

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

Они липнут, а потом пытаются зайти в лёгкое

side from blood channel.

из кровеносного капилляра.

And you can see here, we can actually visualize

Вы видите здесь, что мы фактически можем отчётливо представить

a single white blood cell.

одну белую кровяную клетку.

It sticks, it wiggles its way through

Она липнет, она проталкивается

between the cell layers, through the pore,

между клеточными слоями, через пору,

comes out on the other side of the membrane,

выходит с другой стороны мембраны,

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

и прямо там, она поглотит бактерии,

labeled in green.

маркированные зелёным.

In that tiny chip, you just witnessed

В таком малюсеньком чипе вы только что наблюдали

one of the most fundamental responses

одну из самых фундаментальных реакций

our body has to an infection.

нашего тела в ответ на инфекцию.

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

Это способ нашей реакции — иммунная реакция.

It's pretty exciting.

Весьма захватывающе.

Now I want to share this picture with you,

Я хочу показать вам этот снимок.

not just because it's so beautiful,

Не только потому, что он так прекрасен,

but because it tells us an enormous amount of information

а потому что он даёт нам огромнейший объём информации

about what the cells are doing within the chips.

о том, что делают клетки в чипе.

It tells us that these cells

Снимок говорит нам, что эти клетки

from the small airways in our lungs,

из мелких воздушных каналов лёгких

actually have these hairlike structures

обладают такими волосовидными структурами,

that you would expect to see in the lung.

характерные для лёгкого.

These structures are called cilia,

Структуры эти называются «реснички»,

and they actually move the mucus out of the lung.

и они выводят слизь из лёгких.

Yeah. Mucus. Yuck.

Да. Слизь. Фу.

But mucus is actually very important.

Но вообще-то слизь очень важна.

Mucus traps particulates, viruses,

Она схватывает частицы, вирусы,

potential allergens,

потенциальные аллергены,

and these little cilia move

а вот эти маленькие реснички движутся

and clear the mucus out.

и выводят слизь наружу.

When they get damaged, say,

Когда они повреждены, скажем,

by cigarette smoke for example,

курением, например,

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

они не работают корректно и не могут вычистить слизь,

And that can lead to diseases such as bronchitis.

что может привести к таким заболеваниям, как бронхит.

Cilia and the clearance of mucus

Реснички и очищение слизи

are also involved in awful diseases like cystic fibrosis.

также участвуют в ужасном заболевании вроде фиброзно-кистозной дегенерации.

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

Но теперь с теми возможностями, что дают нам эти чипы,

we can begin to look

мы можем начать искать

for potential new treatments.

новые потенциальные виды лечения.

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

Мы не остановились на лёгком на чипе.

We have a gut on a chip.

У нас есть кишечник на чипе.

You can see one right here.

Один из них можете увидеть здесь.

And we've put intestinal human cells

Мы установили кишечные клетки человека

in a gut on a chip,

в кишечник на этом чипе.

and they're under constant peristaltic motion,

Они находятся в постоянном перистальтическом движении —

this trickling flow through the cells,

в таком сочащемся через клетки потоке —

and we can mimic many of the functions

и мы можем сымитировать множество функций,

that you actually would expect to see

которые характерны

in the human intestine.

для кишечника человека.

Now we can begin to create models of diseases

Теперь мы можем начать создавать модели заболеваний,

such as irritable bowel syndrome.

таких как синдром раздражённой толстой кишки.

This is a disease that affects

Это заболевание, затронувшее

a large number of individuals.

огромное количество людей.

It's really debilitating,

Оно весьма подтачивает здоровье,

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

и есть не так уж много хороших вариантов его лечения.

Now we have a whole pipeline

У нас есть целый конвейер

of different organ chips

различных органов на чипе,

that we are currently working on in our labs.

над которым мы сейчас работаем в нашей лаборатории.

Now, the true power of this technology, however,

Реальная сила этой технологии, однако,

really comes from the fact

возникает из того факта,

that we can fluidically link them.

что мы можем жидкостно их связать.

There's fluid flowing across these cells,

Между клетками протекает жидкость,

so we can begin to interconnect

и мы начинаем связывать

multiple different chips together

множество различных чипов вместе,

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

чтобы формировать то, что мы называем «виртуальный человек на чипе».

Now we're really getting excited.

Теперь становится реально интересно.

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

Мы никогда не сможем воссоздать всего человека на этих чипах,

but what our goal is is to be able to recreate

но наша цель — иметь возможность воссоздать

sufficient functionality

достаточную функциональность так,

so that we can make better predictions

чтобы мы могли делать более точные прогнозы того,

of what's going to happen in humans.

что будет происходить в людях.

For example, now we can begin to explore

Например, мы можем начать исследовать,

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

что происходит, когда мы применяем лекарство аэрозольного типа.

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

Те из вас, у кого, как и у меня, астма, — когда вы берёте свой ингалятор,

we can explore how that drug comes into your lungs,

мы можем исследовать, как лекарство проникает в лёгкие,

how it enters the body,

как проникает в тело,

how it might affect, say, your heart.

какое влияние может оказывать, скажем, на сердце.

Does it change the beating of your heart?

Меняет ли это сердцебиение?

Does it have a toxicity?

Токсично ли оно?

Does it get cleared by the liver?

Выводится ли печенью?

Is it metabolized in the liver?

Усваивается ли печенью?

Is it excreted in your kidneys?

Выделяется ли почками?

We can begin to study the dynamic

Мы можем начать изучать динамическую

response of the body to a drug.

реакцию организма на лекарство.

This could really revolutionize

Это действительно может произвести революцию

and be a game changer

и изменить ситуацию

for not only the pharmaceutical industry,

не только для фармацевтической промышленности,

but a whole host of different industries,

но для целого сонма различных отраслей промышленности,

including the cosmetics industry.

включая косметическую.

We can potentially use the skin on a chip

Потенциально мы можем использовать кожу на чипе,

that we're currently developing in the lab

которую мы сейчас разрабатываем в лаборатории,

to test whether the ingredients in those products

чтобы протестировать, безопасны ли ингредиенты

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

тех продуктов, которыми вы сейчас пользуетесь, для вашей кожи

without the need for animal testing.

без необходимости тестирования на животных.

We could test the safety

Мы можем протестировать безопасность

of chemicals that we are exposed to

химикатов, которым мы подвергаемся

on a daily basis in our environment,

ежедневно в нашей среде,

such as chemicals in regular household cleaners.

такие как химикаты обычных бытовых чистящих средств.

We could also use the organs on chips

Мы также могли бы использовать органы на чипах

for applications in bioterrorism

для применения в борьбе с биотерроризмом

or radiation exposure.

или радиоактивным облучением.

We could use them to learn more about

Мы могли бы использовать их, чтобы больше узнавать

diseases such as ebola

о таких заболеваниях, как вирус Эбола

or other deadly diseases such as SARS.

или других смертельно опасных заболеваниях вроде атипичной пневмонии.

Organs on chips could also change

Органы на чипе также могли бы изменить

the way we do clinical trials in the future.

способы клинических испытаний в будущем.

Right now, the average participant

Сейчас средний участник

in a clinical trial is that: average.

клинических испытаний таков: средний.

Tends to be middle aged, tends to be female.

Обычно среднего возраста, женщина.

You won't find many clinical trials

Не найдётся много клинических испытаний,

in which children are involved,

в которых участвовали бы дети,

yet every day, we give children medications,

но каждый день мы даём детям лекарственные препараты,

and the only safety data we have on that drug

а единственные данные о безопасности этих препаратов —

is one that we obtained from adults.

те, что мы получили на взрослых.

Children are not adults.

Дети — не взрослые.

They may not respond in the same way adults do.

Их реакции могут отличаться от реакций взрослых.

There are other things like genetic differences

Есть ещё такие вещи,

in populations

как генетические различия наций,

that may lead to at-risk populations

которые могут выявлять нации в группе риска,

that are at risk of having an adverse drug reaction.

то есть имеющих риск побочных реакций.

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

Теперь представьте, если бы мы могли взять клетки от всех этих разных наций,

put them on chips,

поместить их на чипы

and create populations on a chip.

и создать нации на чипах.

This could really change the way

Это действительно может изменить способ,

we do clinical trials.

каким мы проводим клинические испытания.

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

И это команда и люди, кто занимается этим.

We have engineers, we have cell biologists,

У нас есть инженеры, клеточные биологи,

we have clinicians, all working together.

клиницисты, работающие все вместе.

We're really seeing something quite incredible

Мы наблюдаем нечто невероятное

at the Wyss Institute.

в Университете Висс.

It's really a convergence of disciplines,

Это конвергенция дисциплин,

where biology is influencing the way we design,

где биология влияет на то, как мы задумываем,

the way we engineer, the way we build.

как мы разрабатываем, как мы создаём.

It's pretty exciting.

Очень волнующе.

We're establishing important industry collaborations

Мы налаживаем важное сотрудничество с промышленностью,

such as the one we have with a company

такое как у нас есть с компанией,

that has expertise in large-scale digital manufacturing.

специализирующейся в крупномасштабном цифровом производстве.

They're going to help us make,

Они собираются помочь нам создать

instead of one of these,

вместо одного такого чипа

millions of these chips,

миллионы таких чипов,

so that we can get them into the hands

так что мы сможем дать их в руки

of as many researchers as possible.

такому большому числу исследователей, какому только возможно.

And this is key to the potential of that technology.

Это и есть ключ к потенциалу этой технологии.

Now let me show you our instrument.

Сейчас позвольте мне показать наш инструмент.

This is an instrument that our engineers

Это инструмент, прототип которого

are actually prototyping right now in the lab,

наши инженеры сейчас создают в лаборатории,

and this instrument is going to give us

и этот инструмент даст нам

the engineering controls that we're going to require

технологический контроль, который потребуется

in order to link 10 or more organ chips together.

для связывания 10 и более органов на чипах вместе.

It does something else that's very important.

Кое-что ещё важное он делает.

It creates an easy user interface.

Он создаёт дружественный интерфейс для пользователя.

So a cell biologist like me can come in,

То есть клеточный биолог, вроде меня, может прийти,

take a chip, put it in a cartridge

взять чип, поместить его в картридж,

like the prototype you see there,

как прототип, что вы видите там,

put the cartridge into the machine

поместить картридж в оборудование,

just like you would a C.D.,

так же, как вы делаете с CD диском,

and away you go.

и уйти.

Plug and play. Easy.

Включай и работай. Просто.

Now, let's imagine a little bit

Теперь представим ненадолго,

what the future might look like

как может выглядеть будущее,

if I could take your stem cells

если бы я могла взять ваши стволовые клетки

and put them on a chip,

и поместить их на чип

or your stem cells and put them on a chip.

или ваши стволовые клетки и поместить их на чип.

It would be a personalized chip just for you.

Это был бы персонифицированный чип только для вас.

Now all of us in here are individuals,

Каждый из нас здесь индивидуум,

and those individual differences mean

и такие индивидуальные различия означают,

that we could react very differently

что мы можем по-разному, иногда непредсказуемо,

and sometimes in unpredictable ways to drugs.

реагировать на лекарства.

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

У меня самой пару лет назад была сильнейшая мигрень,

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

просто не могла повернуть голову. Я подумала: «Попробую-ка я кое-что другое».

I took some Advil. Fifteen minutes later,

Я приняла Адвил. 15 минутами позже

I was on my way to the emergency room

меня везли в скорую помощь

with a full-blown asthma attack.

с полномасштабным приступом астмы.

Now, obviously it wasn't fatal,

Очевидно, он не был смертельным,

but unfortunately, some of these

но, к сожалению, некоторые из таких

adverse drug reactions can be fatal.

неблагоприятных реакций на лекарства могут быть летальными.

So how do we prevent them?

Как предотвратить их?

Well, we could imagine one day

Мы могли бы представить, что однажды

having Geraldine on a chip,

у нас будет Джеральдина на чипе,

having Danielle on a chip,

Даниэль на чипе,

having you on a chip.

вы на чипе.

Personalized medicine. Thank you.

Персонифицированная медицина. Спасибо.

(Applause)

(Аплодисменты)