يؤثر مرض السرطان علينا جميعاً -- خاصةً أنواع السرطان التي تُداهمنا مرةً أخرى مراراً وتكراراً، الأنواع التي تهاجمنا بقوة وتقاوم الأدوية والعقاقير، الأنواع التي ترفض العلاج الطبي، حتى عندما نستخدم أفضل الأدوية لعلاجها. فالهندسة عند المستوى الجزيئي، تعمل في تدرجات ومقاييس صغيرة جداً، يُمكنها أن توفر وسائل جديدة مثيرة لمكافحة الأنواع السرطانية الأكثر عدوانية.
Cancer affects all of us -- especially the ones that come back over and over again, the highly invasive and drug-resistant ones, the ones that defy medical treatment, even when we throw our best drugs at them. Engineering at the molecular level, working at the smallest of scales, can provide exciting new ways to fight the most aggressive forms of cancer.
السرطان هو مرض ذكي جداً. هناك بعض أنواع السرطان التي تعلّمنا -لحسن الحظ- التعامل معها ومعالجتها بشكل جيد نسبياً باستخدام العقاقير والجراحة المعروفة والناشئة. ولكن هناك بعض أنواع السرطان التي لا تستجيب لهذه الوسائل، وبيقى الورم الخبيث على قيد الحياة أو يعود مرة أخرى، حتى بعد ابتلاع الأدوية.
Cancer is a very clever disease. There are some forms of cancer, which, fortunately, we've learned how to address relatively well with known and established drugs and surgery. But there are some forms of cancer that don't respond to these approaches, and the tumor survives or comes back, even after an onslaught of drugs.
يمكننا التفكير في أن هذه الأنواع السرطانية العدوانية هي كنوع من الأشرار ذوي القوة الخارقة في كتاب فكاهي. إنهم أذكياء بارعون وسريعو التكيف، ويستطيعون البقاء أحياء بشكل جيد. وكمعظم الأشرار هذه الأيام، تأتي قوتهم الخارقة من الطفرة الجينية. الجينيات التي تغيرت وتحولت داخل هذه الخلايا السرطانية تستطيع أن تتحول إلى أشكال خيالية جديدة من البقاء، وتسمح للخلايا السرطانية لتعيش خلال حتى بعد أفضل علاجاتنا الكيميائية.
We can think of these very aggressive forms of cancer as kind of supervillains in a comic book. They're clever, they're adaptable, and they're very good at staying alive. And, like most supervillains these days, their superpowers come from a genetic mutation. The genes that are modified inside these tumor cells can enable and encode for new and unimagined modes of survival, allowing the cancer cell to live through even our best chemotherapy treatments.
أحدُ الأمثلة هو الخدعة حيث يسمح الجين للخلية، حتى عندما تقترب الأدوية من الخلية، لدفع الدواء للخارج، قبل أن يكون لدى الدواء أي تأثير. تخيلوا -- تلفظ الخلية الدواء إلى الخارج بفعالية. هذا هو مثال واحد من العديد من الخدع الجينية في محصلّة القوة الخارقة للسرطان. وكل هذا بسبب الطفرة الجينية.
One example is a trick in which a gene allows a cell, even as the drug approaches the cell, to push the drug out, before the drug can have any effect. Imagine -- the cell effectively spits out the drug. This is just one example of the many genetic tricks in the bag of our supervillain, cancer. All due to mutant genes.
ولهذا، لدينا شرير بقوى خارقة لا يُمكن تخيلها. ونحنُ بحاجة إلى نمط هجومي جديد. نستطيع فعلاً منع وايقاف الجين. الشيء الجوهري هو فئة الجزئيات المعروفة كسيرنا. سيرنا أو الرنا القصير هي متواليات قصيرة من الشفرة الوراثية التي توجه الخلية لإيقاف ومنع جين معين. يستطيع كل جزيء من الرنا القصير إيقاف جين معين داخل الخلية. منذ اكتشافها ولعدة سنوات، كان العلماء متحسمين جداً حول كيف يُمكننا تطبيق موانع الجينات هذه في الطب.
So, we have a supervillain with incredible superpowers. And we need a new and powerful mode of attack. Actually, we can turn off a gene. The key is a set of molecules known as siRNA. siRNA are short sequences of genetic code that guide a cell to block a certain gene. Each siRNA molecule can turn off a specific gene inside the cell. For many years since its discovery, scientists have been very excited about how we can apply these gene blockers in medicine.
إلاّ أن هناك عائق. تعمل سيرنا داخل الخلية جيداً. لكن لو حصل وتعرضت للأنزيمات التي توجد في مجرى الدم لدينا أو في أنسجتنا، فإنها تتلوث في ثواني معدودة. يجب أن تكون مغطاة ومحمية خلال رحلتها في الجسم وهي في طريقها إلى الهدف الأخير داخل الخلية السرطانية.
But, there is a problem. siRNA works well inside the cell. But if it gets exposed to the enzymes that reside in our bloodstream or our tissues, it degrades within seconds. It has to be packaged, protected through its journey through the body on its way to the final target inside the cancer cell.
لذلك، هذه هي خطتنا. سنعالج أولاً الخليلة السرطانية بسيرنا- المانع الجيني- وإسكات الجينات الناجية، وثم نتغلب عليها بعقار العلاج الكيماوي. لكن كيف لنا تنفيذ ذلك؟ إستخدام الهندسة الجزيئية، يُمكننا فعلاً تصميم سلاح قوي يمكنه السير خلال مجرى نظام الدورة الدموية. يجب أن يكون دقيقاً بما فيه الكفاية ليدخل مجرى الدم، يجب أن يكون صغيراً بما فيه الكفاية ليخترق أنسجة الورم. ويجب أن يكون متناهي الصغر لأخذه داخل الخلية السرطانية. للقيام بذلك جيداً. يجب أن يكون 0.01% من حجم شعر الإنسان.
So, here's our strategy. First, we'll dose the cancer cell with siRNA, the gene blocker, and silence those survival genes, and then we'll whop it with a chemo drug. But how do we carry that out? Using molecular engineering, we can actually design a superweapon that can travel through the bloodstream. It has to be tiny enough to get through the bloodstream, it's got to be small enough to penetrate the tumor tissue, and it's got to be tiny enough to be taken up inside the cancer cell. To do this job well, it has to be about one one-hundredth the size of a human hair.
دعونا ننظر عن كثب كيف يمكننا بناء هذا الجسيم النانوي المتناهي الصغر دعونا أولاً نبداً بجوهر ومحتوى الجسيم النانوي. هي كبسولة متناهية الصغر والدقة تحتوي على عقار العلاج الكيماوي. هذه هو العلاج السام الذي سيؤدي في الحقيقة إلى إنهاء حياة الخلية السرطانية. وحول هذه النواة، سنغلف بطانة رقيقة للغاية، تصل وحدتها إلى نانومتر من السيرنا. هذا هو مانع وحاصر الجين. بسبب أن السيرنا مشحونة بقوة سلبية. ويمكننا حمايتها بطبقة حامية لطيفة موجبة من المركب الجزيئي (بوليمر). وتلتصق الشحنتين المعاكستين للجزئيئات معاً خلال الجذب الشحني. ويوفر لنا ذلك طبقة حامية تمنع السيرنا من التحلل والتلوث في مجرى الدم. نحن على وشك الانتهاء.
Let's take a closer look at how we can build this nanoparticle. First, let's start with the nanoparticle core. It's a tiny capsule that contains the chemotherapy drug. This is the poison that will actually end the tumor cell's life. Around this core, we'll wrap a very thin, nanometers-thin blanket of siRNA. This is our gene blocker. Because siRNA is strongly negatively charged, we can protect it with a nice, protective layer of positively charged polymer. The two oppositely charged molecules stick together through charge attraction, and that provides us with a protective layer that prevents the siRNA from degrading in the bloodstream. We're almost done.
(ضحك)
(Laughter)
لكن هناك عقبة واحدة إضافية كبيرة علينا التفكير حولها. قد تكون فعلاً أكبر العقبات إطلاقاً. كيف لنا نشر هذا السلاح القوي؟ وأعني أن كل سلاح جيد يكون ذو هدف، علينا إستهداف وتخصيص هذا السلاح القوي للخلايا السرطانية الخارقة. والتي تعيش في الورم.
But there is one more big obstacle we have to think about. In fact, it may be the biggest obstacle of all. How do we deploy this superweapon? I mean, every good weapon needs to be targeted, we have to target this superweapon to the supervillain cells that reside in the tumor.
لكن لدى أجسامنا النظام الدفاعي المناعي الطبيعي: الخلايا الموجودة في مجرى الدم وتختار الأشياء التي لا تنتمي لها، وبذلك يمكنها أن تدمر أو تقضي وتتخلص منها. أتتخيلون؟ يعتبر الجسيم الثانوي المتناهي الصغر جسم غريب. علينا جعل الجسيم النانوي التسلل بعيداً عن النظام الدفاعي للورم. علينا جعله أن يتجاوز آلية التخلص من الجسم الغريب عن طريق اخفائه.
But our bodies have a natural immune-defense system: cells that reside in the bloodstream and pick out things that don't belong, so that it can destroy or eliminate them. And guess what? Our nanoparticle is considered a foreign object. We have to sneak our nanoparticle past the tumor defense system. We have to get it past this mechanism of getting rid of the foreign object by disguising it.
ولذلك، نضيف طبقة إضافية سلبية الشحن حول الجسيم النانوي. والذي يخدم هدفين. الأول: هذه الطبقة الخارجية مشحونة بشكل طبيعي، بالسكريات الرطبة للغاية الموجودة في أجسامنا. وتُحدث سحابة من جزيئات الماء حول الجسيم النانوي متناهي الصغر وتعطينا مفعول خفي غير مرئي. ويسمح هذا القناع الخفي للجسيم النانوي المتناهي الصغر للسير خلال مجرى الدم مسافة طويلة وبعيدة بما فيه الكفاية ليصل الورم، دون القضاء عليه من قبل الجسم.
So we add one more negatively charged layer around this nanoparticle, which serves two purposes. First, this outer layer is one of the naturally charged, highly hydrated polysaccharides that resides in our body. It creates a cloud of water molecules around the nanoparticle that gives us an invisibility cloaking effect. This invisibility cloak allows the nanoparticle to travel through the bloodstream long and far enough to reach the tumor, without getting eliminated by the body.
الهدف الثاني: تحتوي هذه الطبقة جزئيات التي تتحد على وجه الخصوص بالخلايا السرطانية. وحالما تتحد، تأخذ الخلية السرطانية الجسيم النانوي المتناهي الصغر، ولدينا الآن الجسيم النانوي داخل الخلية السرطانية وعلى استعداد للإنتشار.
Second, this layer contains molecules which bind specifically to our tumor cell. Once bound, the cancer cell takes up the nanoparticle, and now we have our nanoparticle inside the cancer cell and ready to deploy.
حسناً، أشعر نفس الشعور، دعونا نُكمل!
Alright! I feel the same way. Let's go!
(تصفيق)
(Applause)
وتنتشر السيرنا أولاً. وتعمل لساعات، وتعطي وقتاً كافياً لإسكات ومنع تلك الجينات التي بقيت على قيد الحياة. لدينا الآن هذه الجينات القوية التي تمّ تعطيلها وإصابتها بالعجز. وبقيت الخلايا السرطانية دون نظام دفاعي خاص. وبالتالي، يخرجُ عقار العلاج الكيماوي من النواة ويدمر خلايا الأورام السرطانية بمهارة وفعالية. بموانع الجينات الكافية المناسبة، نستطيع معالجة أنواع مختلفة عديدة من الطفرات الجينية، ومنح الفرصةلاكتساح وإزالة الأورام خارجاً، دون ترك أي خلايا مصابة خبيثة وراءها.
The siRNA is deployed first. It acts for hours, giving enough time to silence and block those survival genes. We have now disabled those genetic superpowers. What remains is a cancer cell with no special defenses. Then, the chemotherapy drug comes out of the core and destroys the tumor cell cleanly and efficiently. With sufficient gene blockers, we can address many different kinds of mutations, allowing the chance to sweep out tumors, without leaving behind any bad guys.
لذلك، كيف تعمل خطتنا؟ قُمنا بإختبار هذه الجسيمات النانوية على الحيوانات بإستخدام نوع شديد العدوانية من سرطان الثدي الثلاثي السلبي. أظهر سرطان الثدي الثلاثي السلبي الجين الذي يلفظ عقار السرطان خارجاً حالما يتمُ حقنه.
So, how does our strategy work? We've tested these nanostructure particles in animals using a highly aggressive form of triple-negative breast cancer. This triple-negative breast cancer exhibits the gene that spits out cancer drug as soon as it is delivered.
عقار السرطان دُوكسُوروبيسين عادةً - دعونا نسميه دوكس- هو الخط الأول من العلاج لسرطان الثدي. لذلك، قمنا أولاً بعلاج الحيوانات بمحتوى دوكس فقط لا غير. تباطأ معدل نمو الأورام، لكنها ما زالت تنمو بسرعة، ضعف حجمها على مدى أسبوعين،
Usually, doxorubicin -- let's call it "dox" -- is the cancer drug that is the first line of treatment for breast cancer. So, we first treated our animals with a dox core, dox only. The tumor slowed their rate of growth, but they still grew rapidly, doubling in size over a period of two weeks.
وبالتالي، حاولنا استخدام خليط سلاحنا القوي الخارق. الجسيم النانوي مع سيرنا (الرنا القصير) ضد تدفق العلاج الكيماوي، إضافة إلى أنه لدينا عقار دوكس في النواة. وأنظروا -- وجدنا أنه ليس فقط توقفت الأورام عن النمو، إنها في الحقيقة تقلصت في الحجم. وقُضي عليها في بعض الحالات. وتراجعت الأورام فعلياً.
Then, we tried our combination superweapon. A nanolayer particle with siRNA against the chemo pump, plus, we have the dox in the core. And look -- we found that not only did the tumors stop growing, they actually decreased in size and were eliminated in some cases. The tumors were actually regressing.
(تصفيق)
(Applause)
الشيء الرائع حول هذا النهج هو أنه يمكنها أن تناسب الطبيعة البشرية. يُمكننا إضافة عدة طبقات مختلفة من سيرنا لعلاج الطفرات الجينية المختلفة وآليات الدفاع الخاصة بالأورام. ويمكننا حقن عقاقير مختلفة في نواة الجسيم النانوي متناهي الصغر. كما يتعلم الأطباء كيفية فحص المرضى وفهم أنواع محددة من الأورام الوراثية، يُمكنهم مساعدتنا في تحديد من هم المرضى الذين يُمكن لهم الإستفادة من هذه الخطة وما هو مانع الجين الذي يمكننا استخدامه.
What's great about this approach is that it can be personalized. We can add many different layers of siRNA to address different mutations and tumor defense mechanisms. And we can put different drugs into the nanoparticle core. As doctors learn how to test patients and understand certain tumor genetic types, they can help us determine which patients can benefit from this strategy and which gene blockers we can use.
أصاب سرطان المبيض رغبة حبيسة وشعور خاص معي. إنه سرطان شديد العدوانية، في جزء لأنه أكتشف في مراحل متأخرة جداً، عندما يكون متقدم جداً وهناك عدد من الطفرات الجينية. بعد الجولة الأولى من العلاج الكيماوي، يعود هذا النوع من السرطان لـِ 75% من المرضى. ويعودُ عادةً في شكل مقاوم للعقاقير. سرطان المبيض في المراحل المتقدمة هو واحد من أكبر الأشرار الموجودة هناك ونحنُ الآن بصدد توجيه سلاحنا القوي الخارق نحو هزيمته.
Ovarian cancer strikes a special chord with me. It is a very aggressive cancer, in part because it's discovered at very late stages, when it's highly advanced and there are a number of genetic mutations. After the first round of chemotherapy, this cancer comes back for 75 percent of patients. And it usually comes back in a drug-resistant form. High-grade ovarian cancer is one of the biggest supervillains out there. And we're now directing our superweapon toward its defeat.
كباحثة، لا أعملُ في العادة مع المرضى مباشرة. لكنني التقيتُ مؤخراً بأم والتي نجت من سرطان المبيض، ميمي وابنتها بيج. تأثرتُ عميقاً بالقوة والتفاؤل التي أظهرتها كل من الأم والإبنه بعرضهما قصتهما الشجاعة والداعمة. تحدثنا في هذه الفعالية عن التقنيات المختلفة الموجهة إلى السرطان. وكانت الدموع في عيني ميمي كما وضحت كيفية معرفتها عن هذه الجهود التي أعطتها الأمل وللأجيال القادمة، بما فيهم ابنتها. لقد تأثرتُ حقاً. ليس فقط حول بناء علم رائع ومتألق. إنه حول تغيير حياة الناس. إنه حول فهم قوة الهندسة على مستوى الجزئيات.
As a researcher, I usually don't get to work with patients. But I recently met a mother who is an ovarian cancer survivor, Mimi, and her daughter, Paige. I was deeply inspired by the optimism and strength that both mother and daughter displayed and by their story of courage and support. At this event, we spoke about the different technologies directed at cancer. And Mimi was in tears as she explained how learning about these efforts gives her hope for future generations, including her own daughter. This really touched me. It's not just about building really elegant science. It's about changing people's lives. It's about understanding the power of engineering on the scale of molecules.
أعرفُ أن الطلاب مثل بيج إن ساروا قدماً نحو حياتهم المهنية. سيفتحوا آفاقاً جديدة في معالجة بعض المشاكل الصحية في العالم -- بما فيها سرطان المبيض والإضطرابات العصبية والأمراض المعدية -- فكما وجدت الهندسة الكيميائية طريقها لفتح الأبواب لي، وقدّمت طريقة هندسية على مستوى المقاييس المتناهية الصغر والدقة للجزئيات، للشفاء على المستوى الإنساني.
I know that as students like Paige move forward in their careers, they'll open new possibilities in addressing some of the big health problems in the world -- including ovarian cancer, neurological disorders, infectious disease -- just as chemical engineering has found a way to open doors for me, and has provided a way of engineering on the tiniest scale, that of molecules, to heal on the human scale.
شكراً لكم.
Thank you.
(تصفيق)
(Applause)