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.
È un piacere essere qui ad Edimburgo, in Scozia, il luogo di nascita dell'ago e della siringa. A poco più di un chilometro da qui, in questa direzione, nel 1853 uno scozzese presentò il suo primo brevetto su ago e siringa. Il suo nome era Alexander Wood, ed era al Royal College di medicina. Questo è il brevetto. Quello che mi stupisce quando lo guardo, persino oggi, è il fatto che si presenta praticamente identico all'ago che utilizziamo oggi Eppure ha 160 anni.
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.
Rivolgiamoci al campo dei vaccini. Molti vaccini vengono inoculati con ago e siringa, questa tecnologia vecchia di 160 anni. A onor del vero, a vari livelli, i vaccini sono una tecnologia di successo. Dopo l'acqua potabile e l'igiene, i vaccini sono la tecnologia che ha incrementato di più la nostra aspettativa di vita. È un primato difficile da battere.
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.
Però come ogni altra tecnologia, i vaccini hanno i loro limiti e l'ago e la siringa hanno un ruolo chiave nella storia di questa vecchia tecnologia. Partiamo dall'ovvio: a molti di noi non piacciono l'ago e la siringa. Condivido questo punto di vista. Tuttavia, il 20 per cento della popolazione ha la fobia degli aghi. È molto di un'avversione degli aghi; consiste nell'evitare attivamente di farsi vaccinare a causa della fobia degli aghi. Questo è un problema per il lancio dei vaccini.
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.
Correlato a questo c'è un altro problema importante, ossia le lesioni causate dall'inserimento dell'ago. L'Organizzazione Mondiale della Sanità ha rapporti che parlano di circa 1,3 milioni di morti l'anno a causa di contaminazioni incrociate dovute a lesioni causate dall'inserimento dell'ago. Queste che capitano sono morti premature.
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.
Queste sono due informazioni che probabilmente avete già sentito, tuttavia ci sono altri due limiti di cui probabilmente non avete mai sentito parlare. Il primo è che potrebbe ostacolare la prossima generazione di vaccini in termini di risposta immunitaria. Il secondo è che potrebbe essere causa del problema della catena del freddo, di cui vi racconterò.
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.
Sto per illustrarvi alcuni lavori che io e il mio gruppo stiamo effettuando in Australia presso l'università del Queensland su una tecnologia nata per contrastare questi quattro problemi. Questa tecnologia si chiama Nanopatch. Questo è un campione del Nanopatch. A occhio nudo sembra semplicemente un quadrato più piccolo di un francobollo, ma sotto un microscopio quello che vedete sono migliaia di sottili protuberanze invisibili all'occhio umano. Ci sono circa 4000 protuberanze su questo quadrato in particolare, rispetto all'ago. Ho progettato queste protuberanze perché avessero un ruolo chiave, cioè lavorare con il sistema immunitario della pelle. È una funzione davvero importante legata al Nanopatch.
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.
Produciamo il Nanopatch con una tecnica chiamata incisione profonda con ioni reattivi. Abbiamo preso in prestito questa particolare tecnica dall'industria dei semiconduttori, pertanto è a basso costo e può essere riprodotta su vasta scala.
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.
Rivestiamo a secco le protuberanze del Nanopatch con il vaccino e lo applichiamo alla pelle. Il modo più semplice per applicarlo è utilizzando il dito, ma il nostro dito ha alcune limitazioni, così abbiamo escogitato un applicatore. È un dispositivo molto semplice, che si potrebbe chiamare "dito sofisticato". È un dispositivo azionato a molla. Ecco quello che facciamo quando applichiamo il Nanopatch alla pelle -- (Clicca) -- immediatamente accadono alcune cose . In primo luogo, le protuberanze sul Nanopatch fanno breccia attraverso lo strato esterno duro della pelle e rilasciano il vaccino piuttosto rapidamente, in effetti in meno di un minuto. Quindi possiamo rimuovere il Nanopatch e gettarlo. Per la verità possiamo riutilizzare l'applicatore.
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.
Questo vi dà un'idea del Nanopatch, e si possono vedere immediatamente alcuni vantaggi fondamentali. Abbiamo detto che è privo di ago, queste sono protuberanze che non potete nemmeno vedere, ovviamente aggiriamo il problema della fobia dell'ago.
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.
Facciamo un passo indietro e pensiamo a questi due ulteriori vantaggi veramente importanti: il primo è una migliore risposta immunitaria dovuta al tipo di inoculazione, il secondo è l'eliminazione della catena del freddo.
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.
Cominciamo con il primo, l'idea di immunogenicità. È piuttosto difficile da capire, ma cercherò di spiegarlo in termini semplici. Faccio un passo indietro per spiegarvi in modo semplice come funzionano i vaccini. I vaccini lavorano introducendo nel nostro corpo una cosa chiamata antigene che è una forma sicura di germe. Quel germe sicuro, quell'antigene, imbroglia il nostro corpo spingendolo ad un risposta immunitaria, che gli insegnerà a ricordare come affrontare gli intrusi. Quando arriva il vero intruso il corpo prepara rapidamente una risposta immunitaria che affrontare quel vaccino e neutralizzare l'infezione. Quello lo fa bene.
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.
Oggi come oggi, la maggior parte dei vaccini viene inoculato in questo modo, con l'ago e la siringa, con questa vecchia tecnologia e l'ago. Tuttavia si potrebbe sostenere che l'ago frena la nostra risposta immunitaria; manca il nostro punto debole immune sulla pelle. Per descrivere questa idea, dobbiamo fare un viaggio attraverso la pelle, a partire da una di quelle protuberanze e applicando il Nanopatch alla pelle. Vediamo questi dati. Questi sono dati reali. Quella che vediamo lì è una protuberanza dal Nanopatch che è stato applicato sulla pelle e quei colori sono i diversi strati della pelle. Per darvi un'idea della scala, se l'ago fosse mostrato qui, sarebbe troppo grande. Sarebbe 10 volte più grande rispetto alla dimensione di quello schermo, e andrebbe 10 volte più in profondità È completamente fuori dalla griglia. Si può vedere immediatamente che abbiamo quelle protuberanze nella pelle. Quello strato rosso è uno strato esterno duro di pelle morta, ma lo strato marrone e lo strato magenta sono pieni zeppi di cellule immunitarie. Ad esempio, nello strato marrone c'è un certo tipo di cellule chiamate cellule di Langerhans, ogni millimetro quadrato del nostro corpo è pieno zeppo di quelle cellule di Langerhans, queste cellule immunitarie e qui ne vengono mostrate altre che non sono state colorate in questa immagine. Tuttavia potete immediatamente vedere che il Nanopatch riesce a penetrare. Abbiamo preso di mira migliaia e migliaia di queste cellule particolari in uno spazio ampio quanto un capello sulla superficie della pelle.
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.
Come il tipo che ha inventato questa cosa e l'ha progettata per fare questo, lo trovo emozionante. Ma allora? Cosa succede se miravamo alle cellule? Cosa significa nel mondo dei vaccini? Il mondo dei vaccini sta migliorando. Sta diventando più sistematico. Tuttavia, ancora non si sa davvero se un vaccino funzionerà finché non ci si rimbocca le maniche, si vaccini e si aspetta. Ancora oggi è un gioco d'azzardo.
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.
Così, abbiamo dovuto fare quella scommessa. Abbiamo ottenuto un vaccino influenzale, l'abbiamo applicato ai nostri Nanopatch, abbiamo applicato i Nanopatch alla pelle e abbiamo aspettato... questo è nell'animale dal vivo. Abbiamo aspettato un mese, e questo è quello che abbiamo scoperto. Questa è una diapositiva con i dati delle risposte immunitarie che abbiamo generato con un Nanopatch confrontati con quelli ottenuti con ago e siringa in muscolo. Così nell'asse orizzontale abbiamo la dose indicata in nanogrammi. Sull'asse verticale abbiamo la risposta immunitaria generata, la linea tratteggiata indica la soglia di protezione. Se siamo sopra quella linea è considerato protettivo; se siamo sotto quella linea non lo è. La linea rossa è per lo più al di sotto di quella curva e infatti c'è solo un punto raggiunto con l'ago che è protettivo, cioè con una dose elevata di 6000 nanogrammi. Tuttavia notiamo subito una curva nettamente diversa con la linea blu. Questo è ciò che è stato realizzato con il Nanopatch; la dose erogata del Nanopatch è una curva di immunogenicità completamente diversa. Cioè un'opportunità completamente nuova. Improvvisamente abbiamo una nuova leva nel mondo dei vaccini. Possiamo indirizzarla dove possiamo prendere un vaccino che funziona, ma che è troppo costoso ottenendo la protezione con un centesimo della dose rispetto all'ago. Improvvisamente si può portare a 10 centesimi un vaccino che costava 10 dollari, ed è particolarmente importante nei paesi in via di sviluppo.
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.
C'è anche un altro punto di vista: si possono prendere vaccini che attualmente non funzionano e portarli sopra quella linea e farli diventare protettivi. Sicuramente nel mondo dei vaccini questo può essere importante. Prendiamo in considerazione i grandi tre: HIV, malaria, tubercolosi. Sono responsabili di circa sette milioni di morti l'anno, e non non c'è alcun metodo di vaccinazione adeguato per nessuna di queste. Quindi potenzialmente, con questa nuova leva che abbiamo con il Nanopatch, possiamo contribuire a realizzare questo obiettivo. Possiamo spingere quella leva per portare i potenziali vaccini sopra la linea. Ora, naturalmente, abbiamo lavorato all'interno del mio laboratorio con molti altri vaccini che hanno raggiunto reazioni simili e curve simili a questa, quella che abbiamo ottenuto con l'influenza.
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.
Vorrei passare ora a parlare di un'altra lacuna chiave dei vaccini di oggi e cioè la necessità di mantenere la catena del freddo. Come suggerisce il nome - la catena del freddo - uno dei requisiti è quello di mantenere un vaccino fin dalla produzione e per tutta la strada, fino a quando il vaccino viene inoculato, al freddo. Questo presenta alcune sfide logistiche ma ci sono modi per farlo. Questo è un esempio un po' estremo, ma aiuta a illustrare le sfide logistiche, in particolare in situazioni di carenza di risorse, di ciò che è necessario per mantenere i vaccini refrigerati e mantenere la catena del freddo. Se il vaccino è troppo caldo può degenerare, ma è interessante notare che può essere troppo freddo e il vaccino può ugualmente degenerare.
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.
La posta in gioco è molto alta. L'Organizzazione Mondiale della Sanità stima che in Africa, fino alla metà dei vaccini utilizzati siano da considerarsi non funzionanti correttamente, perché ad un certo punto la catena del freddo è decaduta. Quindi è un grosso problema, ed è legato all'ago e siringa perché il vaccino è in forma liquida e in quanto tale ha bisogno di refrigerazione.
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.
Un attributo chiave del nostro Nanopatch è che il vaccino è asciutto, e in quanto asciutto non ha bisogno di refrigerazione. All'interno del mio laboratorio abbiamo dimostrato che possiamo mantenere il vaccino conservato a 23 gradi Celsius per più di un anno senza alcuna perdita di attività. Questo è un miglioramento importante. (Applausi) Siamo felici per questo. Il fatto è che abbiamo verificato effettivamente il Nanopatch all'interno di un laboratorio. In quanto scienziato, amo questo e amo la scienza. Tuttavia, in quanto ingegnere, in quanto ingegnere biomedico e anche in quanto essere umano, non ho intenzione di ritenermi soddisfatto fino a quando non avremo portato questa cosa fuori dal laboratorio e l'avremo somministrato ad un ampio numero di persone soprattutto a quelle persone che ne hanno più bisogno.
So we've commenced this particular journey, and we've commenced this journey in an unusual way. We've started with Papua New Guinea.
Così abbiamo cominciato questo particolare viaggio, l'abbiamo iniziato in modo insolito. Siamo partiti con la Papua Nuova Guinea.
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.
Papua Nuova Guinea è un esempio di un paese in via di sviluppo. È circa della stessa dimensione della Francia, ma subisce le conseguenza di molte delle principali barriere esistenti all'interno del mondo dei vaccini di oggi. C'è la logistica: all'interno di questo paese ci sono solo 800 frigoriferi per mantenere refrigerati di vaccini. Molti sono vecchi, come questo a Port Moresby, molti si stanno rompendo e molti non sono negli altopiani, dove sono necessari. Questa è una sfida. Inoltre, Papua Nuova Guinea ha la più alta incidenza mondiale di HPV, il virus del papilloma umano, il cancro cervicale [fattore di rischio]. Tuttavia questo vaccino non è disponibile su larga scala perché è troppo costoso. Così per questi due motivi, con le caratteristiche del Nanopatch, siamo scesi in campo e abbiamo lavorato con il Nanopatch, l'abbiamo portato in Papua Nuova Guinea e a breve verificheremo.
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)
Fare questo tipo di lavoro non è facile. È impegnativo, ma non c'è altro al mondo che farei. Mentre guardiamo avanti vorrei condividere con voi un pensiero: è il pensiero di un futuro in cui i 17 milioni di morti l'anno che abbiamo attualmente a causa di malattie infettive siano una nota storica. Una nota storica realizzata con vaccini migliorati, radicalmente migliorati. Oggi in piedi qui davanti a voi nella città natale di ago e siringa, un dispositivo che ha 160 anni, vi presento un approccio alternativo che potrebbe realmente aiutare a realizzarlo: il Nanopatch con la caratteristica di essere senza ago e senza dolore, con la capacità di eliminare la catena del freddo e migliorare l'immunogenicità. Grazie. (Applausi)