"Den största utmaningen inom läkemedelsutveckling är troligen att hela läkemedelsutvecklingsmodellen är bruten", säger Donald Ingber, en senior bioteknikprofessor vid Harvard Universitet. "Alla vet det, läkemedelsbolagen vet det. FDA vet det. Men ingen har gjort någonting åt det." Ingber känner en eller två om bioengineering. Han är grundare av Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering. Född ur en bidrag på 250 miljoner dollar från den schweiziska miljardären Hansjorg Wyss, är institutets ambition lika stor som gåvan: att förändra hur vi gör teknik.
"Vi har nu avslöjat hur naturen bygger kontroller och tillverkare, och vi har insett att naturen gör det bättre än man kan, säger Ingber. "Tanken är att vi kan lära av naturen och designa tekniska innovationer, enheter, nya material som kan fungera som vår biologi gör. Det kan vara mer kompatibelt, det kan vara mer funktionellt, mer specifikt, mindre giftigt och verkligen integrerat i våra kroppar på sömlösa sätt. "
Ingber övervakar hundratals projekt och en personal på cirka 350 ingenjörer, produktansvariga och postdoktor. Han tror att hans team har kunnat komma över transformativa idéer och produkter eftersom hinder som finns i traditionella forskningsmiljöer inte finns hos Wyss. "
" Vi bröt den vanliga akademiska modellen genom att vi inte är en avdelning, Vi är inte i någon skola, vi flyttade inte hela vår fakultet tillsammans. Vi låste faktiskt vår fakultet kvar i sina egna avdelningar och i sina egna lilla imperier ", sa han. "Vi samlade sedan små bitar av varje persons grupp i vad vi kallar" samarbetspartners ". De är platser där vi samarbetar kring specifika projekt. Det ägs inte av en fakultetsmedlem, det ägs av ett projekt. De är verkligen organiserade av passion och vetenskap, inte av administrativa riktlinjer och avdelningsgränser. "
Wyss har medarbetare, partnerskap och konsortieavtal över hela världen, och Ingber konstaterar att det fortsätter att växa. "Det är som ett rymdskeppsföretag," sa han. "Du har människor från överallt. Det är en av de mest fantastiska sakerna som jag inte tror att den genomsnittliga personen inser."
En produkt som närmar sig slutliga utvecklingsstadier involverar mänskliga organ på en chip. Senior Staff Scientist Geraldine Hamilton presenterade en lunga på ett chip på TED Boston i sommar. För att inte förväxlas med en datoriserad lunga har Hamilton och hennes team faktiskt byggt en lunga på ett plastflis om kvartskvoten. De använde mänskliga lung- och blodkärlsceller och har kunnat efterlikna andning i chippet. "Tanken är att dessa marker bättre kommer att förutsäga mänskligt svar på droger, men ger oss också en bättre förståelse för hur dessa sjukdomar fungerar och potentiellt hjälper oss att hitta bättre botemedel mot sjukdomar", säger Hamilton.
För närvarande kostar det miljontals dollar för att testa en enda förening. Många djurliv är förlorade på grund av år av djurförsök för en viss produkt. Om Wyss framgångsrikt kan köra testfasen genom organ på chips, kan djur och pengar sparas. Så Hamilton, har inte slutat vid lungan. Hennes lag har utvecklat ett antal slagorgan, inklusive ett hjärta, en njure och en lever på marker. "Den verkliga kraften i det kommer från att länka dem ihop", säger Hamilton. "Du kan börja förutse all mänsklig kroppsfunktion."
Hur människokroppen reagerar på någonting är väldigt komplex. Det är aldrig bara ett organ, men ofta interaktionen mellan organen. Så, Dr Hamilton arbetar med Sony - en stor tillverkare som tillverkar DVD-skivor bland annat elektronik, för att skapa chips på en skala som kan vara disponibel och billig. "Så tänk oss att våra chips kan gå in i en liten patron och att patronen kan ansluta till ett instrument", säger Hamilton. "Som du gör med en CD-skiva. Du får en CD, du kopplar in den, du använder en fjärrkontroll för att fungera."
När alla chips är inkopplade, tar ett kraftfullt mikroskop levande bilder av cellerna och skickar data direkt till en iPhone, iPad eller datorns skrivbord så att det ändras och utvecklingen kan övervakas i realtid. "Detta ger ett användargränssnitt som låter dig veta exakt vad som händer med var och en av dina marker, säger Hamilton.
Vad de hittar i preliminära tester har varit banbrytande. "Vad är fantastiskt är att vi har upptäckt saker som ingen någonsin har sett tidigare. Vi mimar inte bara, vi förutspår det. Vi har funnit att andningsförloppen är ansvariga för en sista del av absorptionen av dessa partiklar", säger Ingber. De kunde till och med kunna testa ett nytt läkemedel för att förhindra vätska i lungorna, som kallas lungödem. Drogbolagen testade det inte långt efter på kaniner och hundar och bekräftade resultaten från Hamiltons lag.
När detta system är tillgängligt för labs att köpa, förväntar Ingber att det så småningom ersätter djurförsök, vilket kommer att minska kostnaden och förkorta tidsram för läkemedelsprovningsprocessen. Viktigast kommer testen att genomföras i mänskliga celler, som han tror kommer ha mycket högre förutsägbar förmåga.
