Geraldine Hamilton: Body parts on a chip

Geraldine Hamilton: Çip Üzerinde Organ

Çeviri: Furkan Baysal Gözden geçirme: Sevkan Uzel

We have a global health challenge

Küresel bir sağlık sıkıntısı

in our hands today,

yaşadağımız günlerdeyiz.

and that is that the way we currently

Yani şu anda, yeni ilaçların

keşfi ve geliştirilmesi

discover and develop new drugs

is too costly, takes far too long,

hem çok masraflı, hem çok uzun sürüyor,

and it fails more often than it succeeds.

çoğunlukla da kazandırdığından çok kaybettiriyor.

It really just isn't working, and that means

Bu yöntem gerçekten, gerçekten işe yaramıyor.

Yani yeni tedavi yöntemlerine muhtaç hastalar,

that patients that badly need new therapies

are not getting them,

buna kavuşamıyor,

and diseases are going untreated.

hastalıklara çare bulunamıyor.

We seem to be spending more and more money.

Görünüşe bakılırsa, giderek daha fazla para harcıyoruz.

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

Ar-Ge çalışmalarına harcadığımız her bir milyar dolarda,

we're getting less drugs approved into the market.

daha az ilaca onay alıp, satışa çıkarabiliyoruz.

More money, less drugs. Hmm.

Daha fazla masraf, daha az ilaç.

So what's going on here?

Peki bütün bunların sebebi ne?

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

Aslında, işin içinde birçok sebep var.

but I think one of the key factors

Ama bence başlıca etkenlerden biri,

is that the tools that we currently have

bir ilacı insan üstünde denemeden önce

available to test whether a drug is going to work,

ilacın işe yarayıp yaramayacağını,

whether it has efficacy,

etkisinin ne kadar olduğunu

or whether it's going to be safe

veya ne kadar güvenli olduğunu

before we get it into human clinical trials,

saptamak için kullandığımız araçların

are failing us. They're not predicting

bizi yarı yolda bırakması.

İlacın insan üzerinde ne etki yapacağını öngöremiyorlar.

what's going to happen in humans.

And we have two main tools available

Kullanmakta olduğumuz iki temel

at our disposal.

aracımız var.

They are cells in dishes and animal testing.

Birisi kaplardaki hücrelerimiz, öteki ise hayvanlar üstünde deneyler.

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

İlkinden başlayalım, kaplardaki hücrelerimiz.

So, cells are happily functioning in our bodies.

Şimdi, hücrelerimiz vücudumuzda mutlu mutlu çalışıyorlardı.

We take them and rip them out

Onları aldık,

doğal ortamlarından söktük ve bu kaplara sürdük.

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

and expect them to work.

Ve çalışmalarını bekledik.

Guess what. They don't.

Tahmin edin ne oldu? Çalışmadılar.

They don't like that environment

Böyle ortamları sevmiyorlar.

because it's nothing like

Çünkü oranın insan vücudundaki yerleriyle

what they have in the body.

uzaktan yakından alakası yok.

What about animal testing?

Peki ya hayvanlar üstünde yapılan deneyler?

Well, animals do and can provide

Hayvanlar son derece yararlı

extremely useful information.

bilgiler sağlayabilir ve sağlıyor da.

They teach us about what happens

Karmaşık bir organizmada

in the complex organism.

neler olacağını gösteriyorlar.

We learn more about the biology itself.

Biyolojinin kendisini daha iyi anlıyoruz.

However, more often than not,

Bununla beraber, çoğu kez,

animal models fail to predict what will happen in humans

hayvan modeller, belirli bir ilaç tedavisinde

insanlarda oluşacak durumu öngörmede başarısız oluyor.

when they're treated with a particular drug.

So we need better tools.

Yani daha iyi araçlara ihtiyacımız var.

We need human cells,

Bize insan hücreleri lazım,

but we need to find a way to keep them happy

ama onları insan vücudunun dışında mutlu etmenin

outside the body.

bir yolunu bulmalıyız.

Our bodies are dynamic environments.

Bizim vücutlarımız dinamik ortamlar.

We're in constant motion.

Sürekli hareket halindeyiz.

Our cells experience that.

Hücrelerimiz buna alışıklar.

They're in dynamic environments in our body.

Vücudumuzdaki dinamik ortamda yaşıyorlar.

They're under constant mechanical forces.

Sürekli bir mekanik kuvvet altındalar.

So if we want to make cells happy

Yani, eğer hücrelerimizi

vücut dışında da mutlu etmek istiyorsak

outside our bodies,

we need to become cell architects.

hücre mimarları olmak zorundayız.

We need to design, build and engineer

Hücrelerimize evlerini aratmayacak bir ev

a home away from home for the cells.

tasarlamalı, inşa etmeli ve mühendisliğini yapmalıyız.

And at the Wyss Institute,

Biz Wyss Enstitüsü'nde

we've done just that.

tam bunu yaptık.

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

Bunun adına "çip üstünde organ" diyoruz.

And I have one right here.

İşte burada bunlardan biri var.

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

Çok güzel değil mi? Ama oldukça da inanılmaz.

Right here in my hand is a breathing, living

Tam burada, avucumda nefes alan, yaşayan

human lung on a chip.

bir akciğer, çipin üzerinde.

And it's not just beautiful.

Ve sadece güzel de değil.

It can do a tremendous amount of things.

Muazzam miktarda iş görebiliyor.

We have living cells in that little chip,

Bu ufacık çipin içinde yaşayan hücreler var,

cells that are in a dynamic environment

dinamik bir ortamda bulunan ve

interacting with different cell types.

farklı hücre türleri ile etkileşimde olan hücreler.

There's been many people

Daha önce birçok insan,

trying to grow cells in the lab.

laboratuvarda hücre yetiştirmeye çalıştı.

They've tried many different approaches.

Birçok farklı yöntemler denediler.

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

Laboratuvarda ufak organlar yetiştirmeye bile teşebbüs ettiler.

We're not trying to do that here.

Biz burada buna uğraşmıyoruz.

We're simply trying to recreate

Biz sadece burada

in this tiny chip

bu ufacık çipte

the smallest functional unit

biyokimyayı temsil eden

that represents the biochemistry,

en küçük işlevsel birimi oluşturmaya çalışıyoruz.

the function and the mechanical strain

Hücrelerin vücudumuzda maruz kaldığı etkileri ve

that the cells experience in our bodies.

mekanik zorlanmayı canlandırmaya çalışıyoruz.

So how does it work? Let me show you.

Peki bu nasıl işliyor? Size göstereyim.

We use techniques from the computer chip

Bilgisayar çipi üretim sanayisinde

manufacturing industry

kullanılan tekniklerle

to make these structures at a scale

hem hücrelerin hem de ortamlarının

relevant to both the cells and their environment.

boyutlarına uygun yapılar yapmaya uğraşıyoruz.

We have three fluidic channels.

3 tane akışkan sıvı kanalımız var.

In the center, we have a porous, flexible membrane

Merkezde ise bir porumuz yani esnek bir zarımız var.

on which we can add human cells

Zarın üstüne hücrelerimizi

from, say, our lungs,

mesela, akciğer hücreleri diyelim, koyabiliyoruz.

and then underneath, they had capillary cells,

Onların aşağısında da kılcal hücreler var,

the cells in our blood vessels.

kan damarlarımızdaki hücreler.

And we can then apply mechanical forces to the chip

Daha sonra ise çipe,

zarı esneten ve kasan

that stretch and contract the membrane,

mekanik kuvvetleri uygulayabiliyoruz.

so the cells experience the same mechanical forces

Bu sayede hücreler, solunum sırasında oluşan

that they did when we breathe.

mekanik kuvvetleri tıpkı vücut üzerindeki gibi yaşıyorlar.

And they experience them how they did in the body.

There's air flowing through the top channel,

Tepe kanaldan bir hava akışına ve

and then we flow a liquid that contains nutrients

kan kanalından da besin içerikli

through the blood channel.

bir sıvı akışına sahipler.

Now the chip is really beautiful,

Şimdi, çip gerçekten güzel,

but what can we do with it?

peki bununla neler yapabiliriz?

We can get incredible functionality

Bu ufacık çiplerin içinde

inanılmaz bir işlevsellik bulabiliriz.

inside these little chips.

Let me show you.

İzin verin göstereyim.

We could, for example, mimic infection,

Mesela, enfeksiyon taklidi yapabiliriz.

where we add bacterial cells into the lung.

Akciğerciğimize bakteri hücreleri koyarız,

then we can add human white blood cells.

daha sonra da akyuvarlarımızı yerleştiririz.

White blood cells are our body's defense

Akyuvarlarımız, vücudumuza bakteri saldırısı durumunda

against bacterial invaders,

vücudumuzun savunucularıdır.

and when they sense this inflammation due to infection,

Ve eğer enfeksiyona bağlı olarak bir iltihapla karşılaşırlarsa

they will enter from the blood into the lung

kandan akciğere geçer

and engulf the bacteria.

ve bakterileri yutarlar.

Well now you're going to see this happening

Şimdi bunun gerçekleşmesini, canlı olarak,

live in an actual human lung on a chip.

çip üzerindeki gerçek bir insan akciğerinde göreceksiniz.

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

İçeride akmaya başlayan akyuvar hücrelerini siz görebilesiniz diye etiketledik.

and when they detect that infection,

Akyuvarlar enfeksiyonu farkettiklerinde

they begin to stick.

kenarlara yapışmaya başlayacaklar.

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

Yapışacaklar ve akciğere kan kanalının kenarlarından

side from blood channel.

girmeye çalışacaklar.

And you can see here, we can actually visualize

İşte burada gördüğünüz gibi, biz tek bir akyuvar hücresini

a single white blood cell.

gerçekten de görüntüleyebiliyoruz.

It sticks, it wiggles its way through

Yapışıyor ve kıvrıla kıvrıla yolunu buluyor.

between the cell layers, through the pore,

Hücre katmanlarından ve porlardan geçerek,

comes out on the other side of the membrane,

en sonunda zarın öbür tarafından çıkıyor.

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

Tam da orada bakteriyi, yeşil ile işaretlenmiş olan

labeled in green.

bakteriyi yutuyor.

In that tiny chip, you just witnessed

Az önce, şu küçücük çipte,

one of the most fundamental responses

vücudumuzun enfeksiyona gösterdiği

our body has to an infection.

en temel tepkilerden birine tanık oldunuz.

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

İşte tepkimiz böyle oluyor -- bir bağışıklık tepkisi.

It's pretty exciting.

Epey heyecan verici.

Now I want to share this picture with you,

Şimdi, sizinle bir resim paylaşmak istiyorum.

not just because it's so beautiful,

Sadece çok güzel olduğu için değil,

but because it tells us an enormous amount of information

aynı zamanda hücrelerimizin çiplerin içinde nelerle uğraştığı

about what the cells are doing within the chips.

hakkında muazzam bir bilgi kaynağı olduğu için.

It tells us that these cells

Bu resim, bir akciğerdeki

from the small airways in our lungs,

ufak hava kanallarının içinde

actually have these hairlike structures

gerçekten de tam beklediğimiz gibi

that you would expect to see in the lung.

kıl benzeri yapıların bulunduğunu gösteriyor.

These structures are called cilia,

Cilia (tüycükler) adı verilen bu yapılar

and they actually move the mucus out of the lung.

aslında mukusu akciğerden dışarıya taşıyor.

Yeah. Mucus. Yuck.

Evet. Mukus. Iyy!

But mucus is actually very important.

Ama aslında mukus epey önemlidir.

Mucus traps particulates, viruses,

Mukus partikülleri, virüsleri,

potential allergens,

olası alerjenleri temizler.

and these little cilia move

Ve bu ufacık cilia hareket ederek

and clear the mucus out.

mukusu dışarı taşır.

When they get damaged, say,

Ama mesela, zarar gördüklerinde;

by cigarette smoke for example,

diyelim ki sigara dumanından,

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

doğru düzgün çalışamazlar ve mukusu tamamıyla dışarı atamazlar.

And that can lead to diseases such as bronchitis.

Ve bu da, bronşit gibi hastalıklara sebep olur.

Cilia and the clearance of mucus

Cilia ve mukusun temizlenememesi

are also involved in awful diseases like cystic fibrosis.

kistik fibrozis (mukus yoğunlaşması) gibi başka berbat hastalıklara da sebep olabilir.

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

Ama şimdi, bu çiplerden elde ettiğimiz yeni fonksiyonlarla

we can begin to look

daha farklı tedavi yöntemlerine de

for potential new treatments.

başvurabiliriz.

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

Çip üzerine akciğer yerleştirmekle kalmadık,

We have a gut on a chip.

çipin üzerine bağırsak da yerleştirdik.

You can see one right here.

Hemen burada bir tane var.

And we've put intestinal human cells

İnsan bağırsak hücrelerini buraya yerleştirdik.

in a gut on a chip,

Çip üstündeki bağırsağımızda

and they're under constant peristaltic motion,

sürekli bir peristaltik hareket yani

this trickling flow through the cells,

dalgalanma içerisindeler.

and we can mimic many of the functions

Bu sayede bir insan bağırsağında

that you actually would expect to see

gerçekleşmesini bekleyebileceğiniz

in the human intestine.

bütün işlevleri taklit edebiliyoruz.

Now we can begin to create models of diseases

Şimdi bazı hastalıkların modelini oluşturabiliriz.

such as irritable bowel syndrome.

Örneğin, Rahatsız Edici Bağırsak Sendromu.

This is a disease that affects

Çok sayıda insanı etkileyen

a large number of individuals.

bir rahatsızlık bu.

It's really debilitating,

Gerçekten güçten düşürücü bir hastalık

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

ve gerçekten iyi olan bir tedavisi yok.

Now we have a whole pipeline

Laboratuvarlarımızda, şu anda

of different organ chips

birbirlerine bağlı olarak çalışan

that we are currently working on in our labs.

değişik organ çiplerine sahibiz.

Now, the true power of this technology, however,

Aslında bütün bu teknolojinin asıl gücü,

really comes from the fact

bizim bu çipleri akışkanlar yoluyla

that we can fluidically link them.

birbirine bağlayabilmemizden geliyor.

There's fluid flowing across these cells,

Bu hücrelerin içinde akan sıvı sayesinde

so we can begin to interconnect

artık çok sayıda farklı çipi birbirine bağlayabiliyor

multiple different chips together

ve böylece, çip üzerinde sanal insan

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

olarak adlandırdığımız yapıyı oluşturabiliyoruz.

Now we're really getting excited.

Buradan itibaren iyice heyecanlı oluyor.

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

Hiç bir zaman bu çiplerin üzerinde tam bir insan oluşturmayacağız,

but what our goal is is to be able to recreate

fakat amacımız şu ki, insanlar üzerinde

ne olacağına dair daha iyi öngörü yapmamızı

sufficient functionality

so that we can make better predictions

sağlamaya yetecek ölçüde işlevselliği

of what's going to happen in humans.

elde edebilmek istiyoruz.

For example, now we can begin to explore

Örnek olarak, artık insan vücuduna

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

aerosol (gaz) ilaçlar verildiğinde ne olacağını keşfedebiliriz.

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

Benim gibi astımı olanlar varsa, solunum aleti kullandığınızda

we can explore how that drug comes into your lungs,

ilacın akciğere nasıl girdiğini,

vücuda girişini ve örneğin kalbi

how it enters the body,

how it might affect, say, your heart.

nasıl etkilediğini görebiliyoruz.

Does it change the beating of your heart?

Kalbinizin atışını değiştiriyor mu?

Does it have a toxicity?

Zehirli etkileri var mı?

Does it get cleared by the liver?

Karaciğer bunu temizleyebiliyor mu?

Is it metabolized in the liver?

Karaciğerde mi kalıyor?

Is it excreted in your kidneys?

Böbreklerden mi atılıyor?

We can begin to study the dynamic

Artık vücudun bir ilaca karşı gösterdiği

response of the body to a drug.

dinamik tepkiyi araştırabiliyoruz.

This could really revolutionize

Bu gerçekten de hem ilaç endüstrisinde,

and be a game changer

hem de kozmetik sektörünün de aralarında olduğu

for not only the pharmaceutical industry,

pek çok farklı endüstride,

but a whole host of different industries,

devrim yaratabilir ve

including the cosmetics industry.

kuralları yeniden yazabilir.

We can potentially use the skin on a chip

Potansiyel olarak, şu anda laboratuvarda

that we're currently developing in the lab

geliştirmekte olduğumuz "çip üstünde cilt"

to test whether the ingredients in those products

projemizle, o ürünlerin içindekilerin,

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

hayvanlar üzerinde test yapmadan, gerçekten de derinize herhangi bir

without the need for animal testing.

zararı olup olmadığını ölçebileceğiz.

We could test the safety

Günlük hayat düşünüldüğünde,

of chemicals that we are exposed to

sürekli olarak maruz kaldığımız kimyasalların,

on a daily basis in our environment,

such as chemicals in regular household cleaners.

örneğin temizlik malzemelerindeki kimyasalların

güvenliğini ölçebileceğiz.

We could also use the organs on chips

Çiplerin üstündeki organları aynı zamanda

for applications in bioterrorism

biyolojik terör uygulamalarında veya

or radiation exposure.

radyasyona maruz kalındığında kullanabileceğiz.

We could use them to learn more about

Bu çipleri, ebola gibi hastalıklar veya

diseases such as ebola

SARS gibi başka ölümcül hastalıklar hakkında

or other deadly diseases such as SARS.

daha çok şey öğrenebilmek için kullanabiliriz.

Organs on chips could also change

Gelecekte bu organ çipleri

the way we do clinical trials in the future.

klinik denemelerin yapılışını da değiştirebilir.

Right now, the average participant

Şu anda klinik denemelerde kullanılan

in a clinical trial is that: average.

ortalama birey: ortalama.

Tends to be middle aged, tends to be female.

Genelde orta yaşlı ve genelde kadın.

You won't find many clinical trials

Çocukları içeren çok da

in which children are involved,

fazla klinik denemeyle karşılaşmazsınız.

yet every day, we give children medications,

Ama yine de, her gün çocuklara reçete yazıyoruz.

and the only safety data we have on that drug

Elimizdeki tek deneme verisi ise,

is one that we obtained from adults.

yetişkin insanlardan elde ettiğimiz.

Children are not adults.

Çocuklar yetişkin değillerdir.

They may not respond in the same way adults do.

Yetişkinlerin verdiği tepkileri vermeyebilirler.

There are other things like genetic differences

Topluluklar arasındaki genetik farklar gibi

in populations

başka faktörler de olabilir.

that may lead to at-risk populations

İlaca ters tepki veren

that are at risk of having an adverse drug reaction.

risk altında topluluklar olabilir.

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

Şimdi, bütün bu topluluklardan hücre örnekleri aldığımızı ve bunları

put them on chips,

çiplere yerleştirdiğimizi hayal edin.

and create populations on a chip.

"Çip üstünde toplum" yaptığımızı düşünün.

This could really change the way

Bu durum, klinik denemelerimizin yapılma şeklini

we do clinical trials.

gerçekten de değiştirebilir.

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

İşte bunu gerçekleştiren insanlar, bu takım.

We have engineers, we have cell biologists,

Mühendislerimiz var, hücre biyologlarımız var,

we have clinicians, all working together.

klinik tedavi uzmanlarımız var; hep beraber çalışıyorlar.

We're really seeing something quite incredible

Wyss Enstitüsünde gerçekten de

at the Wyss Institute.

inanılmaz bir şeye tanık oluyoruz.

It's really a convergence of disciplines,

Bu, bilim dallarının kucaklaşması gibi bir şey.

where biology is influencing the way we design,

Biyolojinin tasarımlarımızı, mühendisliğimizi,

the way we engineer, the way we build.

inşa edişimizi etkilemesi gibi.

It's pretty exciting.

Oldukça heyecan verici.

We're establishing important industry collaborations

Önemli sanayi işbirlikleri oluşturuyoruz.

such as the one we have with a company

Mesela size geniş çapta dijital üretim

that has expertise in large-scale digital manufacturing.

yapmada uzmanlaşmış bir şirketi örnek gösterebilirim.

They're going to help us make,

Bize bu çiplerden,

instead of one of these,

bu elimde gördüğünüz bir tanesi gibi,

millions of these chips,

milyonlarca üretilmesini sağlayacaklar ki;

so that we can get them into the hands

biz bunları ulaştırabileceğimiz en fazla

of as many researchers as possible.

araştırmacıya ulaştırabilelim.

And this is key to the potential of that technology.

O teknolojinin potansiyelinin anahtarı işte burada.

Now let me show you our instrument.

Şimdi, izin verin size aletimizi göstereyim.

This is an instrument that our engineers

Bu gördüğünüz alet şu anda laboratuvarımızda

are actually prototyping right now in the lab,

gerçekten de prototipi yapılan bir şey.

and this instrument is going to give us

Bu aletin bize sağlayacağı şey ise,

the engineering controls that we're going to require

10 veya daha fazla çipi bağlamak için

in order to link 10 or more organ chips together.

gereken mühendislik kontrollerini yapmak olacak.

It does something else that's very important.

Aynı zamanda çok önemli bir iş daha yapıyor.

It creates an easy user interface.

Kolay bir kullanıcı arayüzü oluşturuyor.

So a cell biologist like me can come in,

Bu sayede, benim gibi bir hücre biyoloğu gelip,

take a chip, put it in a cartridge

bir çip alıp, bu gördüğünüz prototip gibi

like the prototype you see there,

bir kartuşun içine koyup,

put the cartridge into the machine

tıpkı bir CD gibi

just like you would a C.D.,

kartuşu makineye yerleştirebilir.

and away you go.

İşiniz bu kadar.

Plug and play. Easy.

Tak ve oyna. Basit.

Now, let's imagine a little bit

Şimdi, biraz da gelecekte olabilecekleri

what the future might look like

hayal edelim.

if I could take your stem cells

Eğer sizin kök hücrelerinizi alıp

and put them on a chip,

bir çipin içine yerleştirsem,

or your stem cells and put them on a chip.

veya sizin kök hücrelerinizi bir çipe yerleştirsem.

It would be a personalized chip just for you.

Tamamen size özel bir çip olurdu.

Now all of us in here are individuals,

Şimdi, burada hepimiz farklı birer bireyiz.

and those individual differences mean

Bu bireysel farklılıkların anlamı,

that we could react very differently

ilaçlara vereceğimiz tepkilerin çok çeşitli,

and sometimes in unpredictable ways to drugs.

hatta bazen öngörülemez türde olacağıdır.

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

Benim bir kaç yıl önce şiddetli baş ağrılarım vardı.

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

Başımı kaldıramıyordum ve "başka bir şey deneyeceğim" dedim.

I took some Advil. Fifteen minutes later,

Advil aldım. 15 dakika sonra,

I was on my way to the emergency room

bütün gücüyle saldırmış bir astım kriziyle

with a full-blown asthma attack.

acile doğru gidiyordum.

Now, obviously it wasn't fatal,

Şimdi, gördüğünüz gibi, ölümcül değildi.

but unfortunately, some of these

Ama maalesef, bazıları için

adverse drug reactions can be fatal.

ters ilaç tepkimeleri ölümcül olabiliyor.

So how do we prevent them?

Peki bunları önleyebilmek için neler yapabiliriz?

Well, we could imagine one day

Mesela, bir gelecek hayal edebiliriz;

having Geraldine on a chip,

Geraldine'in bir çipte olduğu,

having Danielle on a chip,

Danielle'nin bir çipte olduğu,

having you on a chip.

sizin çipte olduğunuz bir gelecek.

Personalized medicine. Thank you.

Kişiselleştirilmiş ilaçlar. Teşekkür ederim.

(Applause)

(Alkışlar)