Rakovina ovlivňuje každého z nás -- zvláště ta, která se opakovaně vrací, která je vysoce invazivní a odolná vůči lékům, která vzdoruje léčbě, i když na ni používáme naše nejlepší léky. Molekulární inženýrství pracuje v těch nejmenších měřítkách, a může nám poskytnout nové úžasné způsoby pro boj s těmi nejagresivnějšími druhy rakoviny.
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.
Rakovina je velmi chytrá choroba. Některé druhy rakoviny jsme se naučili dost dobře porazit známými, zavedenými léky a operacemi. Ale existují druhy rakoviny, u kterých tento přístup nezabírá a nádor jej i přes hromadu léků přežije anebo se vrátí.
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.
Tyto velmi agresivní typy rakoviny můžeme přirovnat k superpadouchům z komiksu. Jsou chytří, přizpůsobiví a jsou mistři v přežívání. A tak jako většina dnešních superpadouchů, své supersíly získávají z genetických mutací. Geny modifikované uvnitř buněk nádoru mohou umožnit a naprogramovat nové nepředstavitelné módy přežití, což umožňuje rakovinné buňce přežít i naše nejlepší chemoterapie.
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.
Jeden jejich trik je, že buňce, ke které se přiblíží lék, umožní její gen ten lék vytlačit ještě před tím, než by mohl začít působit. Představte si to -- buňka efektivně vyplivne lék. Toto je pouze jeden z mnoha příkladů genetických es v rukávu našeho superpadoucha rakoviny. Vše kvůli zmutovaným genům.
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.
Takže tu máme superpadouchy s neuvěřitelnými superschopnostmi. A potřebujeme nový a mocný typ útoku. My umíme vypnout gen. Klíčem je soubor molekul zvaný siRNA. siRNA jsou krátké sekvence genetického kódu, které navedou buňku k blokaci určitého genu. Každá molekula siRNA umí deaktivovat konkrétní gen uvnitř buňky. Po dlouhá léta od jejich objevu byli vědci velmi nadšeni možným použitím těchto genových blokátorů v medicíně.
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.
Problémem je, že siRNA pracuje dobře uvnitř buňky. Pokud je ale vystavena enzymům sídlícím v našem oběhu nebo tkáních, tak za pár vteřin degraduje. Během svého putování tělem musí být zabalena, chráněna, aby zneškodnila konečný cíl v buňce rakoviny.
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.
Takže zde je naše strategie. Nejprve dostaneme k buňce siRNA, genový blokátor, a uspíme tyto geny přežití a pak ji zničíme chemickým lékem. Ale jak to provedeme? S použitím molekulárního inženýrství můžeme navrhnout superzbraň, která by dokázala cestovat krevním oběhem. Musí být dostatečně mrňavá, aby prošla krevním oběhem, musí být dostatečně malá, aby pronikla tkání nádoru a musí být dostatečně mrňavá, aby ji rakovinná buňka pustila dovnitř. Aby svou práci odvedla dobře, musí mít velikost zhruba jedné setiny tloušťky lidského vlasu.
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.
Podívejme se, jak tuto nanočástici sestavit. Začněme s jádrem částice. Je to malinká kapsle obsahující chemický lék. To je ten jed, který ukončí život buněk nádoru. Jádro zabalíme do několika nanometrů tenkého závoje siRNA. Tohle je náš genový blokátor. Jelikož je siRNA silně záporně nabitá, můžeme ji ochránit pěknou ochrannou vrstvou z kladně nabitých polymerů. Dvě opačně nabité molekuly se díky nábojové přitažlivosti drží pevně u sebe a to nám dává ochrannou vrstvu bránící rozložení siRNA v krevním oběhu. Už jsme skoro tam.
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.
(smích)
(Laughter)
Ale musíme brát v úvahu ještě jednu velkou překážku. Vlastně to může být ze všech překážek ta největší. Jak umístíme tuto superzbraň? Každá dobrá zbraň musí být zamířená, musíme zamířit naši superzbraň na superpadoušské buňky v nádoru.
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.
Jenže naše těla mají přirozený obranný imunitní systém: buňky žijící v krevním řečišti ničí nebo eliminují věci, které do něj nepatří. A hádejte co? Naše nanočástice je považována za cizí předmět. Musíme naši nanočástici propašovat obranným systémem nádoru. V přestrojení ji musíme ji dostat přes mechanismus zbavování se cizího objektu.
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.
Okolo této nanočástice tedy přidáme další záporně nabitou vrstvu, která poslouží dvěma účelům. Jednak je jedním z přírodně nabitých, vysoce hydratovaných polysacharidů přebývajících v našem těle. Kolem nanočástice vytváří shluk molekul vody, takový neviditelný plášť, který umožňuje nanočástici cestovat krevním oběhem dostatečně dlouho a daleko aby dosáhla nádoru, aniž by při tom byla tělem eliminována.
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.
Za druhé, tato vrstva obsahuje molekuly, které se vážou na buňky nádoru. Jakmile se navážou, vtáhne rakovinná buňka nanočástici dovnitř, takže teď máme uvnitř rakovinné buňky naši nanočástici - připravenou zasáhnout.
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.
Přesně! Cítím to stejně. Pojďme!
Alright! I feel the same way. Let's go!
(potlesk)
(Applause)
Nejdřív je vypuštěna siRNA. Hodiny působí, čímž poskytuje dost času na uspání a zablokování genů přežití. Tyto genetické superschopnosti jsme právě vypnuli. Zůstává pouze rakovinná buňka bez jakékoliv zvláštní obrany. Z jádra se poté uvolní chemická látka a zničí nádorovou buňku čistě a efektivně. S dostatečnými genovými blokátory můžeme zacílit mnoho různých typů mutací a vymýtit tak nádory, aby ani jeden jediný padouch nezůstal.
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.
A jak naše strategie šlape? Testovali jsme na zvířatech tyto nanostruktury proti vysoce agresivní formě rakoviny prsu, jejíž gen vyvrhne lék v okamžiku, kdy je dopraven.
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.
V léčbě rakoviny prsu je obyčejně první na řadě lék doxorubicin, říkejme mu "dox". Nejprve jsme tedy léčili naše zvířata pouze doxem. Růst nádorů se zpomalil, ale přesto stále rostly rychle, jejich velikost se za dva týdny zdvojnásobila.
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.
Pak jsme zkusili naši kombinovanou superzbraň. Částice z nanovrstev se siRNA proti chemoterapii, plus máme dox v jádru. A nejenže nádory přestaly růst, ony se dokonce zmenšily a v některých případech byly eliminovány. Nádory byly skutečně na ústupu.
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.
(potlesk)
(Applause)
Na tomto přístupu je skvělé, že se dá přizpůsobovat. Můžeme přidat mnoho dalších vrstev siRNA k zacílení rozdílných mutací a mechanismů obrany nádoru. A do jádra nanočástice můžeme umístit jiné léky. Jak se doktoři učí testovat pacienty a pochopit určité genetické typy nádorů, mohou nám pomoci určit, kterým pacientům může být tato strategie prospěšná a které genové blokátory můžeme použít.
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.
Zvláště rakovina vaječníků mě zasahuje nejvíc. Je to velmi agresivní rakovina, která bývá objevena až ve velmi pozdních stádiích, kdy už je vysoce rozvinuta a má četné genetické mutace. Po prvním kole chemoterapie se 75 % pacientů tato rakovina vrací. A většinou se vrátí jako lékům odolná forma. Vysoký stupeň rakoviny vaječníků je jedním z těch největších superpadouchů. A my na něj teď míříme naší zbraní, abychom jej porazili.
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.
Jako výzkumník se nedostanu často k pacientům. Nedávno jsem však potkala Mimi - matku, která přežila rakovinu vaječníků, - a její dceru, Paige. Byla jsem hluboce inspirována optimismem a silou, které obě, matka i dcera, vyzařovaly. A jejich příběhem kuráže a podpory. Mluvili jsme tehdy o různých technologiích směřovaných proti rakovině. A Mimi v slzách vysvětlovala, jakou naději jí vědomí o těchto úsilích dává pro budoucí generace, včetně její dcery. To mě opravdu dojalo. Nejde tu pouze o vytváření vážně elegantní vědy. Jde tu o změnu lidských životů, o pochopení moci inženýrství v měřítku molekul.
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.
Tím, jak budou studenti, jako je Paige, postupovat ve svých kariérách, otevřou nové možnosti pro řešení velkých zdravotních problémů světa, právě třeba rakoviny vaječníků, neurologických poruch, infekcí, stejně, jako chemické inženýrství otevřelo dveře mě pro práci v tom nejmenším měřítku -- měřítku molekul, abych léčila v lidském měřítku.
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.
Děkuji.
Thank you.
(potlesk)
(Applause)