Πεδιαδιτάκης: Human Brain Chip – Μια από τις 10 σημαντικές καινοτομίες

  • Συνέντευξη / Κοσμάς Ζακυνθινός 

Η πρόκληση των επιστημόνων είναι η ευελιξία, η υιοθέτηση των νέων τεχνολογιών και η ικανότητα διαχείρισης και ανάλυσης του τεράστιου όγκου δεδομένων στον τομέα της υγείας, όπως σημειώνει ο Δρ Ιωσήφ Πεδιαδιτάκης στο «The Doctor», υπογραμμίζοντας πως «το πρόβλημα είναι ότι 92 τοις εκατό των φαρμάκων που περνούν τις προκλινικές δοκιμές, συμπεριλαμβανομένων των δοκιμών σε ζώα, αποτυγχάνουν σε δοκιμές σε ανθρώπους, καθώς αποδεικνύονται αναποτελεσματικά ή τοξικά. Επομένως, υπάρχει μεγάλη ανάγκη για συστήματα και νέες μεθόδους, που θα βελτιώσουν αυτές τις διαδικασίες».

Η πρόκληση των επιστημόνων είναι η ευελιξία, η υιοθέτηση των νέων τεχνολογιών και η ικανότητα διαχείρισης και ανάλυσης του τεράστιου όγκου δεδομένων στον τομέα της υγείας, όπως σημειώνει ο Δρ Ιωσήφ Πεδιαδιτάκης

ΔΩΡΕΑΝ ΕΓΓΡΑΦΗ ΣΤΟ NEWSLETTER

Κύριε Πεδιαδιτάκη, το αποκαλούμενο Human Brain-Chip επελέγη ως μία από τις δέκα σημαντικές καινοτομίες για το 2021 από το περιοδικό «The Scientist». Πώς καταφέρνει ένα τσιπ να βοηθήσει ασθενείς με σοβαρές νευρολογικές διαταραχές;

Με ιδιαίτερη χαρά και ικανοποίηση υποδεχτήκαμε την ανακοίνωση του περιοδικού «The Scientist», το οποίο βράβευσε το Human Brain-Chip ως μία από τις δέκα σημαντικές καινοτομίες για το 2021.

Η τεχνολογία «Όργανα σε τσιπ» της εταιρείας Emulate χρησιμοποιεί ανθρώπινα κύτταρα για να μοντελοποιήσει τη δομή και τη λειτουργία των ανθρώπινων οργάνων και ιστών. Συγκεκριμένα, το Human Brain-Chip περιέχει νευρώνες, αστροκύτταρα, μικρογλοία, περικύτταρα, και μικροαγγειακά ενδοθηλιακά κύτταρα από τον άνθρωπο και έχει σχεδιαστεί για να προσομοιώνει την πολυπλοκότητα του ανθρωπίνου αιματοεγκεφαλικού φραγμού.

Επειδή τα τσιπ είναι διαφανή, μπορούμε να παρατηρήσουμε τι συμβαίνει μέσα τους. Η ομάδα μας χρησιμοποίησε αυτό το τσιπ σε διάφορες εφαρμογές, όπως η διερεύνηση των καταστάσεων νευροεκφυλιστικών ασθενειών και η μελέτη των επιπτώσεων της νευροφλεγμονής. Στην πρόσφατη έρευνα μας, η οποία δημοσιεύτηκε στο έγκριτο περιοδικό Nature Communications, εστιάσαμε στην κατανόηση της νόσου του Πάρκινσον και την επίδραση της ασθένειας αυτής στον αιματοεγκεφαλικό φραγμό.

Το συγκεκριμένο τσιπ δεν είναι εμφύτευμα επομένως δεν παρέχει άμεση θεραπεία στον ασθενή. Μπορεί όμως η καινοτομία αυτή να χρησιμοποιηθεί ως μια ιδιαιτέρως ελπιδοφόρα εναλλακτική λύση, περιορίζοντας τη χρήση πειραματόζωων και να αλλάξει τα δεδομένα στη διενέργεια των κλινικών μελετών, προβλέποντας με μεγαλύτερη ασφάλεια και ταχύτητα ποια νέα φάρμακα θα θεραπεύσουν αποτελεσματικά την ανθρώπινη νόσο.

Πόσο ορατό είναι στο εγγύς μέλλον η ανάπτυξη νέων τεχνολογιών να υποκαταστήσει ή να συμπληρώσει μια σειρά από θεραπευτικές κατηγορίες, προς όφελος των ασθενών;

Προς το παρόν, σχεδόν κάθε νέο φάρμακο πρέπει να υποβληθεί σε μια μακρά κλινική δοκιμή καθώς και να δοκιμαστεί σε έναν μεγάλο αριθμό εθελοντών προτού πάρει την τελική έγκριση να χρησιμοποιηθεί στον ασθενή.

Το πρόβλημα είναι ότι 92 τοις εκατό των φαρμάκων που περνούν τις προκλινικές δοκιμές, συμπεριλαμβανομένων των δοκιμών σε ζώα, αποτυγχάνουν σε δοκιμές σε ανθρώπους, καθώς αποδεικνύονται αναποτελεσματικά ή τοξικά. Επομένως, υπάρχει μεγάλη ανάγκη για συστήματα και νέες μεθόδους, που θα βελτιώσουν αυτές τις διαδικασίες.

Μια εξ αυτών φιλοδοξεί να είναι η ανάπτυξη οργάνων σε τσιπ, τα οποία προσομοιάζουν την φυσιολογία των ανθρώπινων ιστών και ξεπερνούν τα εμπόδια που δημιουργούν οι δοκιμές σε ζώα. Ωστόσο, καθώς τα τσιπ δεν μπορούν να καταγράψουν την πλήρη πολυπλοκότητα ενός ανθρώπινου οργανισμού, προσπαθούμε διαρκώς να βελτιώσουμε αυτή την τεχνολογία, ώστε να έχουμε καλύτερα αποτελέσματα στην εξεύρεση νέων θεραπευτικών στόχων και δημιουργίας νέων φαρμάκων.

Δρ. Ιωσήφ Πεδιαδιτάκης με τους συνεργάτες μηχανικούς από την εταιρεία Emulate Inc, και τον αστροναύτη της ΝΑΣΑ Terry Virts στο Ακρωτήριο Κανάβεραλ (Διαστημικό Κέντρο Κένεντι, Φλόριντα, Η.Π.Α)
Δρ. Ιωσήφ Πεδιαδιτάκης με τους συνεργάτες μηχανικούς από την εταιρεία Emulate Inc, και τον αστροναύτη της ΝΑΣΑ Terry Virts στο Ακρωτήριο Κανάβεραλ (Διαστημικό Κέντρο Κένεντι, Φλόριντα, Η.Π.Α)
Πρακτικά, πώς η συγκεκριμένη καινοτομία μπορεί να ωφελήσει την ανάπτυξη φαρμάκων και εξατομικευμένων θεραπειών (personalized medicine);

Κάθε ανθρώπινος οργανισμός αντιδρά διαφορετικά σε τρόφιμα, φάρμακα και χημικές ουσίες. Ένα φάρμακο, για παράδειγμα, είναι δυνατό να είναι αποτελεσματικό σε ένα άτομο, ενώ ένα άλλο όχι. Με τα μέχρι σήμερα δεδομένα, δεν είχαμε τρόπο να δοκιμάσουμε πώς μία φαρμακευτική ουσία θα επενεργούσε σε ένα συγκεκριμένο άνθρωπο, πριν του χορηγηθεί. Προκειμένου να δημιουργήσουμε τα Όργανα σε τσιπ, αρχικά λαμβάνουμε κύτταρα του δέρματος από τους ασθενείς και τα επαναπρογραμματίζουμε σε βλαστικά κύτταρα, τα οποία αργότερα αναπτύσσονται στο κύτταρο που επιθυμούμε.

Τοποθετώντας τα κύτταρα ενός ασθενούς σε τσιπ «Patient-on-a-chip» που περιέχουν βιοτεχνολογικές επιφάνειες που αναδημιουργούν το φυσικό περιβάλλον του οργάνου και εν συνεχεία εκθέτοντας αυτά τα κύτταρα σε ένα συγκεκριμένο φάρμακο ή σειρά φαρμάκων, οι γιατροί θα μπορούν να αποκτήσουν περισσότερες πληροφορίες σχετικά με το πώς θα ανταποκριθεί αυτός στη θεραπεία, αποφεύγοντας τον κίνδυνο χορήγησης φαρμάκων, τα οποία ενδεχομένως να έχουν δυσάρεστες παρενέργειες.

Ποια αναμένεται να είναι τα επόμενα βήματα; Ποια θα είναι η συνέχεια αυτής της καινοτομίας;

Ο στόχος είναι να κάνουμε τσιπ που μιμούνται πιο περίπλοκα συστήματα με μεγαλύτερη ακρίβεια και αποτελεσματικότητα. Εξάλλου, ήδη πολλές ομάδες ερευνητών στοχεύουν στη σύνδεση διάφορων τσιπ οργάνων όπως του πνεύμονα, της καρδιάς, του εντέρου, του ήπατος και του αιματοεγκεφαλικού φραγμού σε ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα προκειμένου να δημιουργήσουν συστήματα οργάνων ή ακόμα και ολοκλήρου του ανθρώπινου σώματος, το λεγόμενο «ανθρώπινο σώμα σε τσιπ». Με τον τρόπο αυτό, θα έχουμε τη δυνατότητα να μελετήσουμε την επίδραση ενός συγκεκριμένου φαρμάκου ή μία σειρά φαρμάκων στα συστήματα οργάνων στο σώμα.

Ποιοι οι στόχοι της συνεργασίας σας με τη NASA για τη διεξαγωγή έρευνας στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό, χρησιμοποιώντας το πλήρως αυτοματοποιημένο Brain-Chip;

Η εταιρεία Emulate βραβεύτηκε από το Εθνικό Κέντρο Προώθησης Μεταφραστικών Επιστημών των Η.Π.Α. για τη διεξαγωγή έρευνας στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό, χρησιμοποιώντας το Brain-Chip.

Το πλήρες αυτοματοποιημένο Brain-Chip, σχεδιάστηκε ώστε να απαιτεί ελάχιστη ανθρώπινη παρέμβαση, το οποίο είναι ιδιαίτερα σημαντικό καθώς ο χρόνος που διαθέτει το πλήρωμα ενός διαστημικού σταθμού είναι εξαιρετικά περιορισμένος.

Συγκεκριμένα, έχουμε συσσωρεύσει μια ολόκληρη εργαστηριακή υποδομή σε ένα μικροσκοπικό κουτί, το οποίο δύναται να φιλοξενήσει δώδεκα Brain-Chips και να λειτουργήσει αυτοματοποιημένα. Στόχος της έρευνας ήταν να μελετηθεί η σχέση της φλεγμονής και της λειτουργίας του εγκεφάλου σε συνθήκες μικροβαρύτητας. Ο εγκέφαλος των αστροναυτών, οι οποίοι διαβιούν για αρκετούς μήνες στο διάστημα, λειτουργεί διαφορετικά σε συνθήκες μειωμένης βαρύτητας, και, προς το παρόν, δεν είναι σαφές αν αυτό έχει επιβλαβείς επιδράσεις μακροπρόθεσμα.

Το 2019 πραγματοποιήθηκε η πρώτη πτήση του Brain-Chip στο διάστημα, ενώ στα τέλη Δεκεμβρίου 2021 είχε προγραμματιστεί να ξεκινήσει το τελευταίο του ταξίδι στο Διεθνή Διαστημικό Σταθμό από το Διαστημικό Κέντρο Κένεντι στη Φλόριντα, με το μεταγωγικό διαστημικό σκάφος Dragon της SpaceX. Ευελπιστούμε τα ευρήματα της έρευνας να βελτιώσουν το διαστημικό ταξίδι και να μας παράσχουν πολύτιμες πληροφορίες για το τρόπο με τον οποίο η έρευνα σε περιβάλλον μικροβαρύτητας μπορεί να ωφελήσει τη διαδικασία ανάπτυξης φαρμάκων στην Γη.

Η επιστήμη, τα τελευταία χρόνια, έχει σημειώσει ιδιαίτερα μεγάλη πρόοδο, συνδράμοντας σημαντικά στη βελτίωση της ζωής του ανθρώπου. Ποιες είναι οι προκλήσεις που αντιμετωπίζεται ως επιστήμονας;

Η πρόκληση των επιστημόνων είναι η ευελιξία, η υιοθέτηση των νέων τεχνολογιών και η ικανότητα διαχείρισης και ανάλυσης του τεράστιου όγκου δεδομένων στον τομέα της υγείας, τα οποία δεν είναι διαχειρίσιμα με τη χρήση παραδοσιακών λογισμικών ή διαδικτυακών πλατφορμών.

Η εξάρτησή του επιστήμονα από την τεχνολογία αιχμής έχει παρουσιάσει μια σειρά νέων προκλήσεων, όχι μόνο όσον αφορά στο κόστος και τη χρηματοδότηση έργων έρευνας αλλά και στη δημιουργία απόστασης μεταξύ της επιστήμης και της κοινωνίας. Οι ραγδαίες εξελίξεις σε πολλούς τομείς της έρευνας δεν δίνει τον απαραίτητο χρόνο στον κόσμο να αφομοιώσει και να πληροφορηθεί σωστά τις εφαρμογές της επιστήμης και της τεχνολογίας, οι οποίες βελτιώνουν την καθημερινότητα του.

Ο επιστήμονας οφείλει να διαθέτει χρόνο να ενημερώνει το κοινό με εύληπτο τρόπο για το επιστημονικό του έργο, επιδεικνύοντας παράλληλα τον απαραίτητο σεβασμό και κατανόηση στην άγνοια του μέσου ανθρώπου για τα εξειδικευμένα αυτά θέματα.

Δρ. Ιωσήφ Πεδιαδιτάκης
Δρ. Ιωσήφ Πεδιαδιτάκης
Μηχανική μάθηση και τεχνητή νοημοσύνη πρόκειται να αποτελέσουν τα κυρίαρχα εργαλεία στα χέρια των επιστημόνων. Πόσο πιθανόν είναι να υπάρξουν ουσιαστικά αποτελέσματα τα επόμενα χρόνια σε μια σειρά από πολύπλοκες και σπάνιες ασθένειες;

Θεωρώ ότι στο άμεσο μέλλον η τεχνητή νοημοσύνη και η μηχανική μάθηση, που αποτελεί υποπεδίο της τεχνητής νοημοσύνης, θα αποτελούν κυρίαρχα εργαλεία για τη διάγνωση και τη θεραπευτική παρέμβαση σε πολλές ασθένειες, αποτελώντας ένα αναπόσπαστο κομμάτι της ιατρικής πράξης.

Για παράδειγμα, κάθε μέρα ένας μεγάλος όγκος βιοϊατρικών δεδομένων συγκεντρώνεται και αποθηκεύεται σε ηλεκτρονικούς φακέλους υγείας, δημιουργώντας έναν τεράστιο όγκο δεδομένων τα οποία δεν φαίνεται να είναι εύκολο να κατηγοριοποιηθούν από ένα ειδικό.

Τέτοια εργαλεία όπως η τεχνητή νοημοσύνη και η μηχανική μάθηση θα μπορούν να δημιουργήσουν νέες υπο-ομάδες ασθενών και να συνεισφέρουν στην δημιουργία νέων γνώσεων πάνω στην ιατρική́ και στην ανακάλυψη νέων φαρμάκων, ανοίγοντας το δρόμο για νέες θεραπευτικές προσεγγίσεις σε εξατομικευμένο επίπεδο.

Αποφοιτήσατε από το Τμήμα Βιολογίας του Πανεπιστημίου Κρήτης το 2007. Σε έναν γενικευμένο ίσως ισχυρισμό, θα μπορούσαμε να πούμε ότι το Brain-Chip είναι αποτέλεσμα του γενικευμένου brain drain που παρατηρείται στη χώρα μας;

Η εμπειρία μου στην Κρήτη ήταν πολύ θετική και παραγωγική. Μου παρείχε ευκαιρίες που δεν θα είχα διαφορετικά και μου έδωσε το «εισιτήριο» για να έρθω στις Ηνωμένες Πολιτείες. Είχα την τύχη να φοιτήσω δίπλα σε σπουδαίους καθηγητές στο Πανεπιστήμιο της Κρήτης, οι οποίοι είχαν επιρροή στην εξέλιξη μου καθ’ όλη τη διάρκεια της εκπαίδευσής μου.

To Πανεπιστήμιο Κρήτης και το Ίδρυμα Τεχνολογίας κι Έρευνας (ΙΤΕ) δίνει τη δυνατότητα σε νέους επιστήμονες να δραστηριοποιηθούν εντός των συνόρων με τα διεθνή «standards» χωρίς να έχουν να «ζηλέψουν» στο παραμικρό τους συναδέλφους τους, οι οποίοι δραστηριοποιούνται σε ακαδημαϊκά ιδρύματα του εξωτερικού. Παραταύτα, πιστεύω ότι η ερευνά δεν έχει σύνορα.

Είναι χρήσιμο για έναν επιστήμονα να ταξιδεύει στο εξωτερικό, να εμπλουτίζει τις γνώσεις του, να εκπαιδεύεται στο νέο και να έχει τριβή με ερευνητές ποικίλων κλάδων, διευρύνοντας με τον τρόπο αυτό τους ορίζοντές του. Χαρακτηριστικό παράδειγμα πολυεπιστημονικής έρευνας είναι η εταιρεία Emulate. Προσωπικά, αυτό το περιβάλλον με βοήθησε να εξελίξω τις υπάρχουσες δεξιότητες μου και να μάθω πολλά περισσότερα από επιστήμονες διαφορετικών γνωσιακών πεδίων που δεν είχα αλληλεπιδράσει στο παρελθόν, ένα περιβάλλον το οποίo συνέβαλε στη δημιουργία και του Brain-Chip.

Μπορεί η Ελλάδα να αλλάξει τις δυσμενείς συνθήκες και να γίνει πόλος έλξης των επιστημόνων αλλά και να δημιουργήσει ένα ελκυστικό περιβάλλον επιστημονικής ανάπτυξης;

Ισχυρή πεποίθησή μου είναι ότι η Ελλάδα, η οποία συνέρχεται πλέον από την οικονομική ύφεση, έχει τη δυνατότητα να γίνει πόλος έλξης των επιστημόνων, και να δημιουργήσει ένα ελκυστικό περιβάλλον επιστημονικής ανάπτυξης, μετατρέποντας έτσι το brain drain σε brain gain. Πρωτίστως, όμως, η προσπάθεια αυτή πρέπει να ξεκινήσει με την έμπρακτη στήριξη από την Πολιτεία του υφιστάμενου επιστημονικού δυναμικού, τη στήριξη των ανθρώπων και των ερευνητικών υποδομών με έμφαση στις νέες τεχνολογίες. Επίσης, η ενίσχυση της καινοτόμου επιχειρηματικότητας μέσω κατάλληλου νομικού, διοικητικού και χρηματοδοτικού πλαισίου καθώς και η διασύνδεση των Ελλήνων του εξωτερικού́ με την εγχωρία επιχειρηματική́ και ερευνητική́ κοινότητα, θα αποτελέσουν στοχευμένες παρεμβάσεις για τον επαναπατρισμό́, τη διακράτηση όσων ήδη σκέφτονται να εγκαταλείψουν τη χώρα, και την ενεργοποίηση αυτών που παραμένουν έξω προς όφελος της Ελληνικής οικονομίας.

Who is Who

Ο Δρ Ιωσήφ Πεδιαδιτάκης από τον Αύγουστο του 2021 κατέχει τη θέση του Associate Director της εταιρείας Vesalius Therapeutics Inc., που ιδρύθηκε από τη venture capital Flagship Pioneering. Από το έτος 2017 μέχρι το 2021 είχε διατελέσει Associate Director έρευνας της εταιρείας Emulate, Inc. (Βοστώνη, ΗΠΑ), στην οποία ηγήθηκε της ανάπτυξης ενός νέου μοντέλου ανθρώπινου εγκέφαλου σε τσιπ (αγγλ. Brain-Chip), βασιζόμενου στην τεχνολογία «Όργανα σε τσιπ» (αγγλ. Organs-on-Chip).

Είναι απόφοιτος του Τμήματος Βιολογίας του Πανεπιστημίου Κρήτης (2007), ενώ έλαβε το μεταπτυχιακό και διδακτορικό του δίπλωμα από το Τμήμα Ιατρικής του Πανεπιστημίου Κρήτης σε συνεργασία με το Ίδρυμα Τεχνολογίας και Έρευνας (ΙΤΕ) το 2010 και 2015, αντίστοιχα. Στο πλαίσιο της Διδακτορικής του Διατριβής πρωτοστάτησε στην ανάπτυξη μιας νέας οικογένειας συνθετικών, διαπερατών από το αιματοεγκεφαλικό φραγμό, νευροτροφινών, τις «Μικρονευροτροφίνες» (ΜΝΤ), ως πιθανή θεραπεία σοβαρών νευρολογικών διαταραχών, όπως της νόσου του κινητικού νευρώνα (ALS), της νόσου του Αλτσχάιμερ και της νόσου του Πάρκινσον.

Κάντε like στη σελίδα μας στο facebook για να μαθαίνετε όλα τα νέα

Πηγή

ΠΡΟΣΦΑΤΑ ΑΡΘΡΑ