It's a pleasure to be here in Edinburgh, Scotland, the birthplace of the needle and syringe. Less than a mile from here in this direction, in 1853 a Scotsman filed his very first patent on the needle and syringe. His name was Alexander Wood, and it was at the Royal College of Physicians. This is the patent. What blows my mind when I look at it even today is that it looks almost identical to the needle in use today. Yet, it's 160 years old.
אני מאושר להיות כאן באדינבורו, סקוטלנד, מקום הולדתם של המחט והמזרק. פחות מקילומטר וחצי מכאן, בכיוון הזה, הגיש בשנת 1853 אזרח סקוטי את בקשת הפטנט הראשונה על מחט ומזרק. שמו היה אלכסנדר ווד, וזה קרה באקדמיה המלכותית לרפואה. זה הפטנט שהוגש. מה שמדהים אותי גם היום הוא שהשרטוט בפטנט נראה כמעט זהה למחט המזרק בה אנחנו משתמשים כיום. ועדיין, הפטנט נרשם לפני 160 שנה.
So we turn to the field of vaccines. Most vaccines are delivered with the needle and syringe, this 160-year-old technology. And credit where it's due -- on many levels, vaccines are a successful technology. After clean water and sanitation, vaccines are the one technology that has increased our life span the most. That's a pretty hard act to beat.
בואו נפנה לדבר על תחום החיסונים. רוב החיסונים ניתנים בעזרת מחט ומזרק, טכנולוגיה בת 160 שנה. ונודה על האמת -- ברמות רבות, החיסונים הם טכנולוגיה מוצלחת. אחרי אספקת מים נקיים, וניקיון, חיסונים הם הטכנולוגיה שהעלתה את משך החיים שלנו בצורה הרבה ביותר. קשה מאד להיות מוצלח יותר.
But just like any other technology, vaccines have their shortcomings, and the needle and syringe is a key part within that narrative -- this old technology. So let's start with the obvious: Many of us don't like the needle and syringe. I share that view. However, 20 percent of the population have a thing called needle phobia. That's more than disliking the needle; that is actively avoiding being vaccinated because of needle phobia. And that's problematic in terms of the rollout of vaccines.
אבל כמו כל טכנולוגיה אחרת, לחיסונים יש את החסרונות שלהם, והשימוש במחט ומזרק מהווה חלק עיקרי בסיפור הזה -- זוהי טכנולוגיה עתיקה. בואו נתחיל עם מה שברור: רובנו לא אוהבים מחטים ומזרקים. גם אני חושב כך. אבל, 20 אחוז מהאוכלוסייה סובלים מבעיה שמכונה פוביה (פחד) ממחטים. מדובר ביותר מחוסר אהבה למחטים, הם נמנעים באופן פעיל מקבלת חיסונים בשל פחד ממחטים. וזה מהווה בעיה כשרוצים להפיץ חיסון.
Now, related to this is another key issue, which is needlestick injuries. And the WHO has figures that suggest about 1.3 million deaths per year take place due to cross-contamination with needlestick injuries. These are early deaths that take place.
ויש נושא חשוב נוסף, שהוא דקירה ממחטים משומשות. ארגון הבריאות העולמי מעריך שכ- 1.3 מיליון איש מתים כל שנה כתוצאה מזיהום שעבר מדקירה במחט משומשת. מדובר במוות בגיל צעיר.
Now, these are two things that you probably may have heard of, but there are two other shortcomings of the needle and syringe you may not have heard about. One is it could be holding back the next generation of vaccines in terms of their immune responses. And the second is that it could be responsible for the problem of the cold chain that I'll tell you about as well.
אילו הן שתי הבעיות שוודאי שמעתם עליהן, אבל יש שתי בעיות נוספות של מחט ומזרק שייתכן שלא שמעתם עליהן. הראשונה היא שהם מעכבים את כניסת הדור הבא של החיסונים מבחינת התגובה החיסונית. והשנייה היא שהם אחראים לבעיית שרשרת הקירור עליה אני אספר לכם מיד.
I'm going to tell you about some work that my team and I are doing in Australia at the University of Queensland on a technology designed to tackle those four problems. And that technology is called the Nanopatch. Now, this is a specimen of the Nanopatch. To the naked eye it just looks like a square smaller than a postage stamp, but under a microscope what you see are thousands of tiny projections that are invisible to the human eye. And there's about 4,000 projections on this particular square compared to the needle. And I've designed those projections to serve a key role, which is to work with the skin's immune system. So that's a very important function tied in with the Nanopatch.
אני אספר לכם על עבודת מחקר שהצוות שלי ואני עורכים באוסטרליה באוניברסיטת קווינסלנד על טכנולוגיה שמיועדת להתגבר על ארבע הבעיות שתיארתי. ולטכנולוגיה קוראים נאנופאטץ'. זו דוגמה של נאנופאטץ'. בעין בלתי מזוינת זה נראה כמו סתם ריבוע קטן יותר מבול דואר, אבל תחת עדשת המיקרוסקופ ניתן לראות אלפי בליטות זעירות שלא ניתן לראות בעין. יש בערך 4,000 בליטות על הריבוע שאני מחזיק יחסית למחט. ואני תכננתי את הבליטות הללו על מנת שיתאימו בצורה הטובה ביותר לעבודה עם מערכת החיסון של העור. זה תפקיד חשוב ביותר שקשור לפעילות הנאנופאטץ'.
Now we make the Nanopatch with a technique called deep reactive ion etching. And this particular technique is one that's been borrowed from the semiconductor industry, and therefore is low cost and can be rolled out in large numbers.
אנחנו מייצרים את הנאנופאטץ' בטכניקה שמכונה חריטת יונים ראקטיבית עמוקה. והטכניקה הזו הושאלה מתעשיית המוליכים למחצה, כך שמחירה זול מאד וניתן לייצר בה כמויות גדולות.
Now we dry-coat vaccines to the projections of the Nanopatch and apply it to the skin. Now, the simplest form of application is using our finger, but our finger has some limitations, so we've devised an applicator. And it's a very simple device -- you could call it a sophisticated finger. It's a spring-operated device. What we do is when we apply the Nanopatch to the skin as so -- (Click) -- immediately a few things happen. So firstly, the projections on the Nanopatch breach through the tough outer layer and the vaccine is very quickly released -- within less than a minute, in fact. Then we can take the Nanopatch off and discard it. And indeed we can make a reuse of the applicator itself.
בשלב הבא אנחנו מצפים בתרכיב החיסון היבש את בליטות הנאנופאטץ' ומניחים את הנאנופאטץ' על העור. צורת ההנחה הפשוטה ביותר היא בעזרת האצבע, אבל לאצבע שלנו יש מספר מגבלות, אז תכננו גם התקן שמניח את הנאנופאטץ'. מדובר במכשיר פשוט מאד -- ניתן לקרוא לו אצבע מתוחכמת. הוא מופעל באמצעות קפיץ. מה שקורה הוא שכאשר אנחנו מצמידים את הנאנופאטץ' לעור ככה -- (קליק) קורים מספר דברים באופן מיידי. בשלב הראשון, הבליטות על הנאנופאטץ' חודרות את השכבה החיצונית הקשה והחיסון משתחרר במהירות -- תוך פחות מדקה, למעשה. ואז ניתן להוריד את הנאנופאטץ' ולזרוק אותו. וניתן לחזור ולהשתמש בהתקן ההצמדה שוב ושוב.
So that gives you an idea of the Nanopatch, and immediately you can see some key advantages. We've talked about it being needle-free -- these are projections that you can't even see -- and, of course, we get around the needle phobia issue as well.
כך שעכשיו אתם מבינים כיצד עובד הנאנופאטץ', ומיד ניתן לראות מספר יתרונות. דיברנו על העובדה שאין לו מחט -- יש בליטות שלא ניתן לראות בעין -- וכך, כמובן, נפתרת בעיית הפוביה ממחטים.
Now, if we take a step back and think about these other two really important advantages: One is improved immune responses through delivery, and the second is getting rid of the cold chain.
עכשיו, בואו נחזור אחורה ונחשוב על שני היתרונות החשובים הנוספים: הראשון הוא שיפור התגובה החיסונית על ידי שינוי דרך מתן החיסון והשני הוא היפטרות משרשרת הקירור.
So let's start with the first one, this immunogenicity idea. It takes a little while to get our heads around, but I'll try to explain it in simple terms. So I'll take a step back and explain to you how vaccines work in a simple way. So vaccines work by introducing into our body a thing called an antigen which is a safe form of a germ. Now that safe germ, that antigen, tricks our body into mounting an immune response, learning and remembering how to deal with intruders. When the real intruder comes along the body quickly mounts an immune response to deal with that vaccine and neutralizes the infection. So it does that well.
בואו נתחיל עם הראשון, החשיבות של התגובה החיסונית. צריך קצת זמן כדי להבין את הנושא, אבל אני אנסה להסביר זאת במונחים פשוטים. אז אני אחזור ואסביר לכם בצורה פשוטה איך חיסונים עובדים. חיסונים פועלים על ידי הצגה למערכת החיסון של הגוף חומר שנקרא אנטיגן שהוא בעצם צורה לא מסוכנת של חיידק. החיידק הבטוח, האנטיגן, גורם לגוף לפתח כלפיו תגובה חיסונית, והגוף לומד וזוכר איך לחסל את אותם חיידקים פולשים. כאשר החיידק המסוכן יגיע לגוף הגוף פשוט מעלה במהירות את התגובה החיסונית אותה הוא זוכר שהתמודדה עם החיסון ומחסל את הזיהום. והגוף עושה זאת מהר וטוב.
Now, the way it's done today with the needle and syringe, most vaccines are delivered that way -- with this old technology and the needle. But it could be argued that the needle is holding back our immune responses; it's missing our immune sweet spot in the skin. To describe this idea, we need to take a journey through the skin, starting with one of those projections and applying the Nanopatch to the skin. And we see this kind of data. Now, this is real data -- that thing that we can see there is one projection from the Nanopatch that's been applied to the skin and those colors are different layers. Now, to give you an idea of scale, if the needle was shown here, it would be too big. It would be 10 times bigger than the size of that screen, going 10 times deeper as well. It's off the grid entirely. You can see immediately that we have those projections in the skin. That red layer is a tough outer layer of dead skin, but the brown layer and the magenta layer are jammed full of immune cells. As one example, in the brown layer there's a certain type of cell called a Langerhans cell -- every square millimeter of our body is jammed full of those Langerhans cells, those immune cells, and there's others shown as well that we haven't stained in this image. But you can immediately see that the Nanopatch achieves that penetration indeed. We target thousands upon thousands of these particular cells just residing within a hair's width of the surface of the skin.
בדרך בה ניתן החיסון כיום עם מחט ומזרק, כמו שניתנים רוב החיסונים -- בטכנולוגיה הישנה והמחט. אבל ניתן לטעון שהמחט מעכבת את התגובה החיסונית, מכיוון שאנחנו מדלגים על התגובה החיסונית החשובה המתחוללת בעור. כדי לתאר את הרעיון הזה, אני רוצה להראות לכם את מבנה העור, נביט בשקופית הבאה ונראה כיצד הנאנופאטץ' חודר לעור. ואנחנו רואים תמונות כאלה. זו תמונה אמיתית -- הדבר שבולט שם הוא אחת הבליטות של הנאנופאטץ' שהוצמד לעור והצבעים מראים לנו את שכבות העור השונות. על מנת שתבינו את הגדלים בתמונה, אם היינו מציגים כאן מחט היא הייתה גדולה מכל התמונה. למעשה היא הייתה גדולה פי 10 מגודל התמונה על המסך, וחודרת פי 10 יותר עמוק. ממש מחוץ לטווח הראייה שלנו. ניתן לראות בתמונה שהבליטות חודרות לעור. השכבה האדומה היא שכבת עור מת חיצונית, אבל השכבה החומה והשכבה הארגמנית מתפקעות מתאי מערכת חיסון. לדוגמה, בשכבה החומה נמצאים תאים שנקראים תאי לאנגרהאנס -- כל מילימטר מרובע של גופנו מלא וגדוש בתאי לאנגרהאנס, הם תאי מערכת החיסון, ויש עוד תאי חיסון שלא צבענו בתמונה לפניכם. אבל ניתן לראות מיד שהנאנופאטץ' חודר את כל השכבות הללו. אנחנו מביאים את החיסון במגע עם אלפים רבים של תאי החיסון הללו שכולם מצויים בשכבה שעובייה דומה לשערה על גבי פני העור.
Now, as the guy that's invented this thing and designed it to do that, I found that exciting. But so what? So what if you've targeted cells? In the world of vaccines, what does that mean? The world of vaccines is getting better. It's getting more systematic. However, you still don't really know if a vaccine is going to work until you roll your sleeves up and vaccinate and wait. It's a gambler's game even today.
בתור האדם שהמציא את הרעיון ופיתח אותו כך שיעבוד, אני חשב שזה ממש מרגש. אז מה? אז מה אם הגענו לשכבת תאי החיסון? בעולם החיסונים, האם יש לכך משמעות? עלם החיסונים הולך ומשתפר. הוא נהיה יותר שיטתי. אבל, אנחנו עדיין לא יודעים באמת אם חיסון חדש יעבוד עד שלא נקפל את השרוול וניתן חיסון ונחכה לתוצאות. מדובר בהימור גם היום.
So, we had to do that gamble. We obtained an influenza vaccine, we applied it to our Nanopatches and we applied the Nanopatches to the skin, and we waited -- and this is in the live animal. We waited a month, and this is what we found out. This is a data slide showing the immune responses that we've generated with a Nanopatch compared to the needle and syringe into muscle. So on the horizontal axis we have the dose shown in nanograms. On the vertical axis we have the immune response generated, and that dashed line indicates the protection threshold. If we're above that line it's considered protective; if we're below that line it's not. So the red line is mostly below that curve and indeed there's only one point that is achieved with the needle that's protective, and that's with a high dose of 6,000 nanograms. But notice immediately the distinctly different curve that we achieve with the blue line. That's what's achieved with the Nanopatch; the delivered dose of the Nanopatch is a completely different immunogenicity curve. That's a real fresh opportunity. Suddenly we have a brand new lever in the world of vaccines. We can push it one way, where we can take a vaccine that works but is too expensive and can get protection with a hundredth of the dose compared to the needle. That can take a vaccine that's suddenly 10 dollars down to 10 cents, and that's particularly important within the developing world.
אז, אנחנו נאלצנו להמר. השגנו תרכיב חיסון נגד שפעת, פיזרנו אותו על הנאנופאטץ' הצמדנו את הנאנופאטץ' לעור, וחכינו -- וזה מה שקורה בחיה. חיכינו חודש, וזה מה שגילינו. זוהי שקופית הנתונים שמציגה את התגובה החיסונית שנוצרה בעקבות השימוש בנאנופאטץ' בהשוואה להזרקה לשריר בעזרת מחט ומזרק. על הציר האופקי ניתן לראות את המינון ביחידות של נאנוגרם. בציר האנכי רואים את מידת התגובה החיסונית, והקו המקווקו מראה את הסף הדרוש לקבלת הגנה מהחיסון. מי שעובר את הקו מספק הגנה יעילה, מי שמתחת לקו לא מגן. ניתן לראות שהקו האדום נמצא ברובו מתחת לסף ובאמת רק במינון אחד הושג חיסון מגן בעזרת הזרקה עם מחט, ומדובר על מינון גבוה של 6,000 נאנוגרם. אבל תביטו עכשיו על הקו השני שמודגם בצבע כחול. אלו הן התוצאות של הנאנופאטץ', התוצאות של הנאנופאטץ' מראות רמות חיסון שונות לחלוטין. זוהי הזדמנות מדהימה. פתאום יש לנו כלי חדש וחזק בעולם החיסונים. ניתן ליישם זאת בכיוון אחד, בו ניקח תרכובת חיסון יעילה מאד אבל יקרה מדי ופתאום ניתן להשיג הגנה יעילה גם עם מינון קטן פי 100 בהשוואה להזרקה במחט. כך שניתן לקחת חיסון שעולה 10 דולר, ולמכור מנה ב- 10 סנט, וזה חשוב במיוחד בעולם השלישי.
But there's another angle to this as well -- you can take vaccines that currently don't work and get them over that line and get them protective. And certainly in the world of vaccines that can be important. Let's consider the big three: HIV, malaria, tuberculosis. They're responsible for about 7 million deaths per year, and there is no adequate vaccination method for any of those. So potentially, with this new lever that we have with the Nanopatch, we can help make that happen. We can push that lever to help get those candidate vaccines over the line. Now, of course, we've worked within my lab with many other vaccines that have attained similar responses and similar curves to this, what we've achieved with influenza.
ויש זווית נוספת לדברים -- ניתן לקחת חיסונים שכיום לא עובדים ולהעביר אותם מעבר לסף ולגרום להם להיות יעילים. ובעולם החיסונים אין ספק שזה יתרון עצום. בואו נחשוב על שלושת המחלות המדבקות הגדולות: HIV (איידס), מלריה ושחפת. הן גורמות לכ- 7 מיליון מקרי מוות בשנה, ואין חיסון יעיל שעובד כנגדן. אז עם שמנוף החדש הזה שיש לנו עם הננופאץ' אנחנו יכולים לגרום לזה לקרות. ניתן להשתמש בנאנופאטץ' על מנת להפוך תרכובות חלשות מדי לחיסונים יעילים. כמובן, ניסינו במעבדה שלנו סוגי חיסון רבים אחרים שהשיגו תוצאות דומות ועקומות הגנה דומות לזו, שמראה את תוצאות החיסון נגד שפעת.
I'd like to now switch to talk about another key shortcoming of today's vaccines, and that is the need to maintain the cold chain. As the name suggests -- the cold chain -- it's the requirements of keeping a vaccine right from production all the way through to when the vaccine is applied, to keep it refrigerated. Now, that presents some logistical challenges but we have ways to do it. This is a slightly extreme case in point but it helps illustrate the logistical challenges, in particular in resource-poor settings, of what's required to get vaccines refrigerated and maintain the cold chain. If the vaccine is too warm the vaccine breaks down, but interestingly it can be too cold and the vaccine can break down as well.
אני רוצה עכשיו לעבור ולדבר על חסרון גדול נוסף שיש לחיסונים כיום, והוא הצורך לשמור על שרשרת הקירור. כפי שמרמז השם -- שרשרת הקירור -- יש דרישה לשמור על חומרי החיסון החל משלב הייצור וכל הדרך עד הזרקת החיסון, במקרר. יש כאן אתגר לוגיסטי אבל יש לנו פתרונות. התמונה מציגה מקרה קיצוני אבל הוא יעזור לנו להבין את האתגר הלוגיסטי, בעיקר באזורים עניים במשאבים, הנדרשים על מנת לתת חיסון מקורר, לשמור על שרשרת הקירור. אם החיסון מתחמם הוא מתחיל להתפרק, אבל מצד שני גם קור חזק מדי יכול לגרום לפירוק החיסון.
Now, the stakes are very high. The WHO estimates that within Africa, up to half the vaccines used there are considered to not be working properly because at some point the cold chain has fallen over. So it's a big problem, and it's tied in with the needle and syringe because it's a liquid form vaccine, and when it's liquid it needs the refrigeration.
הסיכון מאד משמעותי. ארגון הבריאות העולמי מעריך שביבשת אפריקה, בערך חצי מהחיסונים שניתנים לא יעבדו כמו שצריך כי בשלב כלשהו בתהליך הופרה שרשרת הקירור. זו בעיה אמיתית, והיא קשורה באופן ישיר לשימוש במחט ומזרק מכיוון שתרכובת החיסון מגיעה כנוזל, והנוזל דורש קירור.
A key attribute of our Nanopatch is that the vaccine is dry, and when it's dry it doesn't need refrigeration. Within my lab we've shown that we can keep the vaccine stored at 23 degrees Celsius for more than a year without any loss in activity at all. That's an important improvement. (Applause) We're delighted about it as well. And the thing about it is that we have well and truly proven the Nanopatch within the laboratory setting. And as a scientist, I love that and I love science. However, as an engineer, as a biomedical engineer and also as a human being, I'm not going to be satisfied until we've rolled this thing out, taken it out of the lab and got it to people in large numbers and particularly the people that need it the most.
תכונה עיקרית של הנאנופאטץ' היא שתרכובת החיסון עליו יבשה, ותרכובת יבשה לא דורשת קירור. במעבדה שלי הדגמנו שניתן לשמור את החיסונים בטמפרטורה של 23 מעלות צלסיוס למשך יותר משנה, בלי פגיעה כלשהי בפעילות. מדובר בשיפור משמעותי. (מחיאות כפיים) ואנחנו גאים בו גם כן. והעובדה היא שהוכחנו בצורה ברורה שהנאנופאטץ' עובד במעבדת המחקר. בתור מדען, אני אוהב את ההצלחה ואוהב את המדע. מצד שני, כמהנדס, כמהנדס ביו-רפואי וכבן אנוש, אני לא אהיה מרוצה עד שנשיק את המוצר, נוציא אותו מהמעבדה וננגיש אותו לאנשים בכמויות גדולות בעיקר לאנשים שזקוקים לו ביותר.
So we've commenced this particular journey, and we've commenced this journey in an unusual way. We've started with Papua New Guinea.
אז התחלנו את המסע המיוחד שלנו, והתחלנו את המסע בדרך לא שגרתית. התחלנו אותו בפפואה שבגינאה החדשה.
Now, Papua New Guinea is an example of a developing world country. It's about the same size as France, but it suffers from many of the key barriers existing within the world of today's vaccines. There's the logistics: Within this country there are only 800 refrigerators to keep vaccines chilled. Many of them are old, like this one in Port Moresby, many of them are breaking down and many are not in the Highlands where they are required. That's a challenge. But also, Papua New Guinea has the world's highest incidence of HPV, human papillomavirus, the cervical cancer [risk factor]. Yet, that vaccine is not available in large numbers because it's too expensive. So for those two reasons, with the attributes of the Nanopatch, we've got into the field and worked with the Nanopatch, and taken it to Papua New Guinea and we'll be following that up shortly.
פפואה בגינאה החדשה היא דוגמה למדינת עולם שלישי. היא משתרעת על שטח דומה לצרפת, אבל סובלת ממגבלות רבות שמונעות את השימוש בחיסונים הנפוצים כיום בעולם. יש בעיות לוגיסטיות: בכל המדינה יש רק 800 מקררים המיועדים לאכסון חיסונים. רוב המקררים ישנים, כמו זה בעיר פורט מורסבי, רבים מהם ממש מתפרקים, ורבים מהם לא נמצאים באזורי הרמה ההררית, בה הם נדרשים ביותר. זה אתגר אמיתי. ובנוסף, בפפואה בגינאה החדשה יש את השיעור הגבוה בעולם של נשאות לנגיף הפפילומה, נגיף הפפילומה האנושי, שגורם סרטן בצוואר הרחם . אבל החיסון לא זמין בכמויות גדולות משום שהוא יקר מדי. ובשל שתי הסיבות הללו, התכונות הייחודיות של הנאנופרטץ', נסענו לאזור והתחלנו לעבוד עם הנאנופרטץ', לקחנו אותו לפפואה בגינאה החדשה ונעקוב אחרי התוצאות בקרוב.
Now, doing this kind of work is not easy. It's challenging, but there's nothing else in the world I'd rather be doing. And as we look ahead I'd like to share with you a thought: It's the thought of a future where the 17 million deaths per year that we currently have due to infectious disease is a historical footnote. And it's a historical footnote that has been achieved by improved, radically improved vaccines. Now standing here today in front of you at the birthplace of the needle and syringe, a device that's 160 years old, I'm presenting to you an alternative approach that could really help make that happen -- and it's the Nanopatch with its attributes of being needle-free, pain-free, the ability for removing the cold chain and improving the immunogenicity. Thank you. (Applause)
חשוב להבהיר שלא קל לערוך ניסויים כאלו. זה מאד מאתגר. אבל אין דבר אחר בעולם שהייתי מעדיף לעשות. וכאשר אנחנו מביטים לעתיד אני רוצה לחלוק איתכם מחשבה: אני חושב על עתיד שבו אותם 17 מליון מקרי מות שקורים כל שנה כתוצאה ממחלות מדבקות הם רק הערת שוליים היסטורית. וזו הערת שוליים היסטורית שהושגה על ידי שיפור, שיפור קיצוני בחיסונים. וכיום אני עומד בפניכם במקום הולדתם של המחט והמזרק, שהומצאו לפני 160 שנה, אני מציג בפניכם גישה חלופית שיכולה לגרום לזה לקרות -- מדובר בנאנופאטץ' עם תכונותיו החשובות כמו היעדר מחט, היעדר כאב, היכולת להשתמש בחיסונים ללא קירור ושיפור התגובה החיסונית. תודה לכם. (מחיאות כפיים)