Two hundred years of modern science. We have to admit that our performance is not great. The machines we build continue to suffer from mechanical failures. The houses we build do not survive severe earthquakes. But we shouldn't be so critical of our scientists for a simple reason: they didn't have much time. Two hundred years is not a lot of time, while nature had three billion years to perfect some of the most amazing materials, that we wish we had in our possession. Remember, these materials carry a quality assurance of three billion years.
Duecento anni di scienza moderna. Dobbiamo ammettere che i nostri risultati non sono eccezionali. Le macchine che costruiamo hanno ancora problemi meccanici. Le case che edifichiamo non resistono a forti terremoti. Ma non dovremmo criticare i nostri scienziati per una semplice ragione: non hanno avuto abbastanza tempo. Duecento anni non sono molti, dato che la natura ha avuto tre miliardi di anni per perfezionare alcuni tra i materiali più incredibili che vorremmo avere a disposizione. Ricordate, questi materiali hanno un marchio di qualità di ben tre miliardi di anni.
Take, for example, sequoia trees. They carry hundreds of tons for hundreds of years in cold weather, in warm climates, UV light. Yet, if you look at the structure by high-resolution electron microscopy, and you ask yourself, what is it made of, surprisingly, it's made of sugar. Well, not exactly as we drink in our tea. It's actually a nanofiber called nanocrystalline cellulose. And this nanocrystalline cellulose is so strong, on a weight basis, it's about 10 times stronger than steel. Yet it's made of sugar.
Considerate le sequoie, per esempio: sostengono centinaia di tonnellate per secoli in climi freddi oppure caldi, o sotto i raggi UV. Se però ne osserviamo la struttura con microscopi elettronici ad alta risoluzione chiedendoci di cosa siano fatte, sorprendentemente, sono fatte di zucchero. Beh, non proprio quello che mettiamo nel tè. Si tratta di una nanofibra chiamata "cellulosa nanocristallina". Questa cellulosa nanocristallina è così resistente, in relazione al peso, che è 10 volte più dura dell'acciaio. Eppure, è fatta di zucchero.
So scientists all over the world believe that nanocellulose is going to be one of the most important materials for the entire industry. But here's the problem: say you want to buy a half a ton of nanocellulose to build a boat or an airplane. Well, you can Google, you can eBay, you can even Alibaba. You won't find it. Of course, you're going to find thousands of scientific papers -- great papers, where scientists are going to say this is a great material, there are lots of things we can do with it. But no commercial source.
Quindi gli scienziati in tutto il mondo credono che la nanocellulosa diventerà uno dei materiali più importanti a livello industriale. Ma ecco il problema: diciamo che volete comprare mezza tonnellata di nanocellulosa per costruire una nave o un aereo. Cercate su Google, su eBay, o persino su Alibaba. Non la troverete. Sicuramente troverete migliaia di articoli scientifici, articoli stupendi, in cui gli scienziati dicono che è un gran materiale, con cui possiamo fare moltissime cose. Ma nessuna fonte commerciale.
So we at the Hebrew University, together with our partners in Sweden, decided to focus on the development of an industrial-scale process to produce this nanocellulose. And, of course, we didn't want to cut trees. So we were looking for another source of raw material, and we found one -- in fact, the sludge of the paper industry. The reason: there is a lot of it. Europe alone produces 11 million tons of that material annually. It's the equivalent of a mountain three kilometers high, sitting on a soccer field. And we produce this mountain every year. So for everybody, it's an environmental problem, and for us, it's a gold mine.
Così, all'Università Ebraica, insieme ai nostri partner in Svezia, decidemmo di focalizzarci sullo sviluppo di un processo su scala industriale per produrre questa nanocellulosa. E, chiaramente, non volevamo tagliare alberi. Così cercammo un'altra fonte di materia prima, e ne trovammo una: i rifiuti dell'industria cartaria. La ragione: la grande disponibilità. Solo l'Europa produce annualmente 11 milioni di tonnellate di quel materiale. È l'equivalente di una montagna alta tre chilometri poggiata su un campo di calcio. E produciamo questa montagna ogni anno. Quindi rappresenta un problema ambientale per tutti, mentre per noi è una miniera d'oro.
So now, we are actually producing, on an industrial scale in Israel, nanocellulose, and very soon, in Sweden. We can do a lot of things with the material. For example, we have shown that by adding only a small percent of nanocellulose into cotton fibers, the same as my shirt is made of, it increases its strength dramatically. So this can be used for making amazing things, like super-fabrics for industrial and medical applications. But this is not the only thing. For example, self-standing, self-supporting structures, like the shelters that you can see now, actually are now showcasing in the Venice Biennale for Architecture.
Adesso stiamo producendo nanocellulosa su scala industriale, in Israele, e a breve produrremo anche in Svezia. Possiamo fare molte cose con quel materiale. Per esempio, abbiamo dimostrato che, aggiungendo una piccola percentuale di nanocellulosa alle fibre di cotone, come quelle di cui è fatta la mia maglia, la loro resistenza aumenta sensibilmente. Quindi può essere usata per realizzare cose grandiose, come supertessuti per l'utilizzo in campo industriale o medico. Ma non solo. Per esempio, strutture autonome ed autoportanti, come i ripari che potete vedere adesso, sono attualmente esposti alla Biennale di architettura di Venezia.
Nature actually didn't stop its wonders in the plant kingdom. Think about insects. Cat fleas, for example, have the ability to jump about a hundred times their height. That's amazing. It's the equivalent of a person standing in the middle of Liberty Island in New York, and in a single jump, going to the top of the Statue of Liberty. I'm sure everybody would like to do that. So the question is: How do cat fleas do it?
In realtà le meraviglie della natura non si limitano al regno vegetale. Pensate agli insetti. Le pulci dei gatti, per esempio, hanno l'abilità di saltare per un'altezza di circa cento volte la loro. È incredibile. È come se una persona che si trova al centro della Liberty Island di New York raggiungesse con un solo salto la cima della Statua della Libertà. Sono sicuro che piacerebbe a tutti. Perciò la domanda è: come ci riescono le pulci?
It turns out, they make this wonderful material, which is called resilin. In simple words, resilin, which is a protein, is the most elastic rubber on Earth. You can stretch it, you can squish it, and it doesn't lose almost any energy to the environment. When you release it -- snap! It brings back all the energy. So I'm sure everybody would like to have that material. But here's the problem: to catch cat fleas is difficult.
Loro producono un materiale eccezionale, chiamato "resilina". In parole povere, la resilina, che è una proteina, è la gomma più elastica presente sulla Terra. Si può stirare, strizzare, e non rilascia praticamente energia nell'ambiente. Quando viene rilasciata — tac! Riporta indietro tutta l'energia. Sono sicuro che tutti vorrebbero avere quel materiale. Ma il problema è questo: acchiappare le pulci è difficile.
(Laughter)
(Risate)
Why? Because they are jumpy.
Perché? Perché saltano.
(Laughter)
(Risate)
But now, it's actually enough to catch one. Now we can extract its DNA and read how cat fleas make the resilin, and clone it into a less-jumpy organism like a plant. So that's exactly what we did. Now we have the ability to produce lots of resilin.
Ma, per adesso, è sufficiente catturarne una. Ora possiamo estrarne il DNA, leggere come le pulci producono la relisina e clonarla in un organismo meno saltellante, come una pianta. Ed è proprio ciò che abbiamo fatto. Adesso siamo in grado di produrre grandi quantità di resilina.
Well, my team decided to do something really cool at the university. They decided to combine the strongest material produced by the plant kingdom with the most elastic material produced by the insect kingdom -- nanocellulose with resilin. And the result is amazing. This material, in fact, is tough, elastic and transparent. So there are lots of things that can be done with this material. For example, next-generation sport shoes, so we can jump higher, run faster. And even touch screens for computers and smartphones, that won't break.
Il mio team all'università ha voluto fare una cosa davvero fantastica. Hanno deciso di combinare il materiale più resistente proveniente dal regno vegetale col materiale più elastico prodotto nel regno degli insetti: la nanocellulosa con resilina. E il risultato è sbalorditivo. Questo materiale, infatti, è resistente, elastico e trasparente. Quindi si possono fare molte cose con questo materiale. Per esempio, scarpe sportive di nuova generazione, con cui saltare più un alto o correre più velocemente. O addirittura schermi tattili per computer e smartphone che non si rompono.
Well, the problem is, we continue to implant synthetic implants in our body, which we glue and screw into our body. And I'm going to say that this is not a good idea. Why? Because they fail. This synthetic material fails, just like this plastic fork, that is not strong enough for its performance. But sometimes they are too strong, and therefore their mechanical properties do not really fit their surrounding tissues.
Beh, il problema è che continuiamo a impiantare impianti sintentici nel nostro corpo, che attacchiamo e fissiamo al nostro corpo. E vi dirò che questa non è proprio una buona idea. Perché? Perché si guastano. Il materiale sintentico si rompe proprio come questa forchetta di plastica, che non è abbastanza solida per il suo compito. Ma a volte sono troppo resistenti e quindi le loro proprietà meccaniche non sono adatte ai tessuti che li circondano.
But in fact, the reason is much more fundamental. The reason is that in nature, there is no one there that actually takes my head and screws it onto my neck, or takes my skin and glues it onto my body. In nature, everything is self-assembled. So every living cell, whether coming from a plant, insect or human being, has a DNA that encodes for nanobio building blocks. Many times they are proteins. Other times, they are enzymes that make other materials, like polysaccharides, fatty acids. And the common feature about all these materials is that they need no one. They recognize each other and self-assemble into structures -- scaffolds on which cells are proliferating to give tissues. They develop into organs, and together bring life.
Ma la ragione è di gran lunga più semplice. La ragione è che, in natura, non c'è nessuno che prenda la mia testa e me la fissi sul collo, o prenda la mia pelle e me la attacchi al corpo. In natura, ogni cosa si autoassembla. Quindi ogni cellula vivente, sia che provenga da una pianta, da un insetto o da un essere umano, ha un DNA che codifica i mattoncini nanobiologici. Spesso si tratta di proteine. In altri casi, sono enzimi che creano altri materiali, come polisaccaridi o acidi grassi. E la caratteristica comune di tutti questi materiali è che non hanno bisogno di nulla. Si riconoscono a vicenda e si autoassemblano in strutture — impalcature su cui le cellule proliferano e costruiscono tessuti che si sviluppano in organi, e insieme creano la vita.
So we at the Hebrew University, about 10 years ago, decided to focus on probably the most important biomaterial for humans, which is collagen. Why collagen? Because collagen accounts for about 25 percent of our dry weight. We have nothing more than collagen, other than water, in our body. So I always like to say, anyone who is in the replacement parts of human beings would like to have collagen.
Così, all'Università Ebraica, circa 10 anni fa, ci focalizzammo su quello che probabilmente è il biomateriale più importante per l'uomo, cioè il collagene. Perché il collagene? Perché il collagene costituisce circa il 25% del nostro peso secco. Non abbiamo altro che collagene, oltre all'acqua, nel nostro corpo. Mi piace dire sempre che a chiunque lavori nella sostituzione di parti del corpo umano piacerebbe avere del collagene.
Admittedly, before we started our project, there were already more than 1,000 medical implants made of collagen. You know, simple things like dermal fillers to reduce wrinkles, augment lips, and other, more sophisticated medical implants, like heart valves. So where is the problem? Well, the problem is the source. The source of all that collagen is actually coming from dead bodies: dead pigs, dead cows and even human cadavers. So safety is a big issue. But it's not the only one. Also, the quality.
In effetti, prima che iniziassimo il progetto, c'erano già oltre 1.000 impianti medici fatti di collagene. Cose semplici, come filler per la pelle per ridurre le rughe, ingrossare le labbra, e altri impianti, più sofisticati, come le valvole cardiache. Allora, dov'è il problema? Il problema è la provenienza. Tutto quel collagene proviene da cadaveri: maiali, mucche, e persino cadaveri umani. Quindi la sicurezza è un bel problema. Ma non il solo. Anche la qualità lo è.
Now here, I have a personal interest. This is my father, Zvi, in our winery in Israel. A heart valve, very similar to the one that I showed you before, seven years ago, was implanted in his body. Now, the scientific literature says that these heart valves start to fail 10 years after the operation. No wonder: they are made from old, used tissues, just like this wall made of bricks that is falling apart. Yeah, of course, I can take those bricks and build a new wall. But it's not going to be the same. So the US Food and Drug Administration made a notice already in 2007, asking the companies to start to look for better alternatives.
In questo caso ho un interesse personale. Questo è mio padre, Zvi, nella nostra azienda vinicola in Israele. Sette anni fa fu impiantata nel suo corpo una valvola cardiaca, molto simile a quella che vi ho mostrato prima. Ora, la letteratura scientifica dice che queste valvole iniziano a difettare dopo 10 anni dall'operazione. Per forza! Sono costituite da tessuti vecchi e usati, proprio come questo muro di mattoni che sta venendo giù. Ovviamente, posso prendere quei mattoni e costruire un nuovo muro, ma non sarà lo stesso. L'Agenzia Statunitense per gli Alimenti e i Medicinali già nel 2007 pubblicò un avviso, chiedendo alle aziende di iniziare a cercare alternative migliori.
So that's exactly what we did. We decided to clone all the five human genes responsible for making type I collagen in humans into a transgenic tobacco plant. So now, the plant has the ability to make human collagen brand new, untouched. This is amazing. Actually, it's happening now. Today in Israel, we grow it in 25,000 square meters of greenhouses all over the country. The farmers receive small plantlets of tobacco. It looks exactly like regular tobacco, except that they have five human genes. They're responsible for making type I collagen. We grow them for about 50 to 70 days, we harvest the leaves, and then the leaves are transported by cooling trucks to the factory. There, the process of extracting the collagen starts.
Ed è proprio quello che facemmo. Decidemmo di clonare tutti e cinque i geni umani responsabili della produzione del collagene di tipo I nell'uomo in una pianta di tabacco transgenica. Ora, la pianta ha la capacità di generare collagene umano del tutto nuovo, incontaminato. È fantastico. E sta accadendo adesso. Oggi, in Israele, lo produciamo in 25.000 metri quadri di serre in tutto il paese. Gli agricoltori ricevono piccole piantine di tabacco. Ha lo stesso aspetto del tabacco normale, però ha cinque geni umani, i quali sono responsabili della produzione del collagene di tipo I. Lo coltiviamo per circa 50-70 giorni, poi raccogliamo le foglie, che sono poi trasportate alla fabbrica da camion dotati di celle frigo. Lì, inizia il processo di estrazione del collagene.
Now, if you ever made a pesto -- essentially, the same thing.
Se avete mai fatto un pesto — è più o meno la stessa cosa.
(Laughter)
(Risate)
You crush the leaves, you get the juice that contains the collagen. We concentrate the protein, transfer the protein to clean rooms for the final purification, and the end result is a collagen identical to what we have in our body -- untouched, brand new and from which we make different medical implants: bone void fillers, for example, for severe bone fractures, spinal fusion. And more recently, even, we've been able to launch into the market here in Europe a flowable gel that is used for diabetic foot ulcers, that is now approved for use in the clinic.
Si schiacciano le foglie e si ottiene il succo che contiene il collagene. Concentriamo la proteina, la trasferiamo in ambienti puliti per la depurazione finale e il risultato finale è un collagene identico a quello del nostro corpo — incontaminato, del tutto nuovo, e con il quale realizziamo diversi impianti medici: riempitivi di cavità ossee, ad esempio, per gravi fratture osse o fusioni spinali. Inoltre, più recentemente siamo riusciti a lanciare sul mercato europeo un gel fluido usato per le ulcere da piede diabetico che è stato ammesso all'uso clinico.
This is not science fiction. This is happening now. We are using plants to make medical implants for replacement parts for human beings. In fact, more recently, we've been able to make collagen fibers which are six times stronger than the Achilles tendon. That's amazing.
Questa non è fantascienza. Sta accadendo proprio ora. Stiamo usando piante per realizzare impianti medici per sostituire parti degli esseri umani. Recentemente, siamo riusciti a creare fibre di collagene che sono sei volte più resistenti del tendine di Achille. È incredibile.
Together with our partners from Ireland, we thought about the next thing: adding resilin to those fibers. By doing that, we've been able to make a superfiber which is about 380 percent tougher, and 300 percent more elastic. So oddly enough, in the future, when a patient is transplanted with artificial tendons or ligaments made from these fibers, we'll have better performance after the surgery than we had before the injury.
Insieme ai nostri partner in Irlanda abbiamo pensato anche al dopo: aggiungere la resilina a quelle fibre. Così facendo, siamo riusciti a creare una superfibra che è circa il 380% più dura e il 300% più elastica. Così, curiosamente, in futuro, quando a un paziente verranno trapiantati tendini o legamenti artificiali fatti con queste fibre, dopo l'operazione le sue prestazioni saranno migliori di quelle anteriori all'incidente.
So what's for the future? In the future, we believe we'll be able to make many nanobio building blocks that nature provided for us -- collagen, nanocellulose, resilin and many more. And that will enable us to make better machines perform better, even the heart. Now, this heart is not going to be the same as we can get from a donor. It will be better. It actually will perform better and will last longer.
Cosa ci aspetta nel futuro? In futuro, crediamo che saremo in grado di creare molti mattoncini nanobiologici che la natura ci ha messo a disposizione: collagene, nanocellulosa, resilina, e molti altri. E questo ci permetterà di creare macchine migliori con prestazioni migliori, come nel caso del cuore. Ora, questo cuore non sarà come quello che possiamo avere da un donatore. Sarà migliore. Funzionerà davvero meglio e durerà di più.
My friend Zion Suliman once told me a smart sentence. He said, "If you want a new idea, you should open an old book." And I'm going to say that the book was written. It was written over three billion years of evolution. And the text is the DNA of life. All we have to do is read this text, embrace nature's gift to us and start our progress from here.
Una volta, il mio amico Zion Suliman mi disse una frase brillante. Disse: «Se vuoi una nuova idea, devi aprire un libro vecchio». E vi dirò che il libro è già stato scritto. È stato scritto in oltre tre miliardi di anni di evoluzione. E il testo è il DNA della vita. Tutto ciò che dobbiamo fare è leggere questo testo, cogliere il dono della natura per noi e iniziare il nostro progresso da qui.
Thank you.
Grazie.
(Applause)
(Applausi)