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.
El cáncer nos afecta a todos, especialmente el que regresa una y otra vez, el muy invasivo y resistentes a los medicamentos, el que vence a los tratamientos médicos, aun cuando usemos nuestras mejores medicinas. La ingeniería a nivel molecular, la que opera en las escalas más pequeñas, nos puede brindar nuevas e interesantes maneras para combatir las formas más agresivas de cáncer.
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.
El cáncer es una enfermedad muy lista. Hay muchas formas de cáncer, que, afortunadamente, hemos aprendido a tratar relativamente bien con medicamentos y cirugías bien definidas y establecidas. Pero hay otras formas de cáncer que no responden a esos procedimientos y los tumores sobreviven o regresan, incluso después de un tratamiento agresivo.
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.
Podemos pensar esas formas agresivas de cáncer como una especie de súper-villano de las historietas. Son astutos, adaptables, y muy buenos en mantenerse vivos. Y como la mayoría de los súper-villanos hoy en día sus superpoderes vienen de una mutación genética. Los genes modificados dentro de esas células del tumor pueden activar y codificar nuevas e inimaginables maneras de sobrevivir, permitiéndole sobrevivir a la célula cancerígena aun con nuestros mejores tratamientos de quimioterapia.
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.
Un ejemplo es un truco en el que un gen permite a la célula, incluso cuando los fármacos se acercan a la célula, alejar el fármaco, incluso antes de que tenga algún efecto. Imaginen, la célula puede expulsar efectivamente el medicamento. Este es solo un ejemplo de los muchos trucos genéticos bajo la manga de nuestro súper-villano, el cáncer. Todo debido a genes mutantes.
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.
Entonces, tenemos un súper-villano con increíbles superpoderes. Necesitamos una manera nueva y poderosa para atacarlo. En realidad, podemos apagar un gen. La clave es un conjunto de moléculas conocidas como ARNip. El ARNip son pequeñas secuencias de código genético que llevan a la célula a bloquear cierto gen. Cada molécula ARNip puede apagar un gen específico dentro de la célula. Por muchos años desde su descubrimiento, a los científicos les han apasionado las aplicaciones de estos genes bloqueadores en medicina.
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.
Pero hay un problema: el ARNip trabaja bien dentro de la célula, pero si entra en contacto con enzimas presentes en nuestra sangre o tejidos, se degrada en segundos. Tiene que ir empaquetada y protegida en su viaje por el cuerpo para llegar finalmente a su objetivo dentro de la célula de cáncer.
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.
Entonces, esta es la estrategia. Primero administramos a la célula el gen bloqueador, el ARNip, silenciamos los genes de supervivencia, y luego lo eliminamos con la medicina química. Pero, ¿cómo logramos esto? Usando ingeniería molecular podemos diseñar una súper-arma que puede viajar por el torrente sanguíneo. Tiene que ser lo suficientemente pequeña para ir por la sangre, y muy pequeña para penetrar el tejido cancerígeno y muy pequeña para penetrar dentro de la célula de cáncer. Para hacer bien su trabajo tiene que ser de una milésima del tamaño de un cabello.
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.
Veamos cómo podemos construir esta nanopartícula. Primero, empezamos con el núcleo de la nanopartícula. Es una minúscula cápsula que contiene el fármaco de la quimioterapia. Es veneno que mata la célula de cáncer. Alrededor de este núcleo ponemos una cubierta muy fina de ARNip de nanómetros de espesor. Ese es nuestro bloqueador de genes. Como el ARNip está cargado negativamente lo podemos proteger con un polímero cargado positivamente. Las dos moléculas cargadas negativamente permanecen unidas por atracción de carga y nos brinda una capa protectora que evita que el ARNip se degrade en el flujo sanguíneo. Casi terminamos.
(Laughter)
(Risas)
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.
Pero hay un obstáculo aún mayor que hay que superar. De hecho, tal vez sea el más grande de todos. ¿Cómo implementamos esta arma? Me refiero, toda buena arma tiene que apuntarse, tenemos que apuntar esta súper-arma a las células súper-villanas que están dentro del tumor.
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.
Pero nuestros cuerpos tienen un sistema inmune natural de defensa: células que están en el torrente sanguíneo y recogen cosas que no le pertenecen para destruirlas o eliminarlas. Y ¿qué creen? Nuestra nanopartícula se considera un objeto extraño. Tenemos que escabullir nuestra partícula por el sistema de defensa del tumor. Tenemos que pasar el sistema que elimina los objetos extraños, disfrazándola.
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.
Así que agregamos otra capa cargada negativamente alrededor de esta nanopartícula que sirve para dos cosas. Primero, esta capa está cargada naturalmente, es un polisacárido altamente hidratado que está en nuestro cuerpo. Crea una nube de partículas de agua alrededor de la nanopartícula que nos da un efecto de capa invisible. Esta capa de invisibilidad nos permite que la nanopartícula viaje por el flujo sanguíneo lo suficientemente lejos como para llegar al tumor sin que el cuerpo lo elimine.
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.
Segundo, esta capa contiene moléculas que se unen específicamente a las células del tumor. Una vez unida, la célula cancerígena absorbe la nanopartícula y una vez dentro de la célula, podemos desplegarla.
Alright! I feel the same way. Let's go!
¡Bien! ¡Adelante!
(Applause)
(Aplausos)
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.
Primero se despliega el ARNip. Actúa durante horas, dando suficiente tiempo para silenciar y bloquear los genes que sobreviven. Ahora podemos deshabilitar esos superpoderes genéticos. Lo que queda es una célula de cáncer sin defensas especiales. Entonces, los medicamentos de la quimio salen del núcleo y destruyen la célula limpia y eficientemente. Con suficientes bloqueadores de genes podemos atacar diferentes tipos de mutaciones, permitiéndonos eliminar tumores sin dejar vivos a los malos.
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.
Entonces, ¿cómo funciona nuestra estrategia? Hemos probado estas partículas de nanoestructuras en animales usando formas muy agresivas de cáncer de mama triple negativo. Este cáncer de mama triple negativo tiene el gen que expulsa el medicamento tan pronto se administra.
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.
Generalmente el doxorubicin, llamémosle "dox", es el fármaco que se usa como primera línea de tratamiento para el cáncer de mama. Así que tratamos a nuestros animales con un núcleo de dox, solo dox. El tumor redujo su ritmo de crecimiento, pero aún crecía rápidamente, duplicando su tamaño en un período de dos semanas.
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.
Entonces probamos la combinación de nuestra súper-arma. Una nanocapa con ARNip contra la expulsión de la quimio, además, con dox en el núcleo. Y vean, encontramos que no solo dejó de crecer el tumor, sino que redujo su tamaño y lo eliminamos en algunos casos. Los tumores en realidad remiten.
(Applause)
(Aplausos)
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.
Lo mejor de este enfoque es que se puede personalizar. Podemos agregar diferentes capas de ARNip para tratar diferentes mutaciones y mecanismos de defensa de los tumores. Y podemos agregar distintos medicamentos en el núcleo de la nanopartícula. Conforme los médicos aprenden a evaluar a los pacientes y entienden ciertos tipos genéticos de tumores, nos pueden ayudar a ver qué pacientes se pueden beneficiar de esta estrategia y qué genes bloqueadores podemos usar.
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.
El cáncer de ovario me toca fibras sensibles. Es un cáncer muy agresivo, en parte porque se descubre en etapas tardías, cuando ya está muy avanzado y porque tiene varias mutaciones genéticas. Después de la primera ronda de quimioterapia, este cáncer regresa en un 75 % de los pacientes. Y, generalmente, regresa en una forma resistente a los medicamentos. El cáncer de ovario de alto grado es uno de los mayores súper-villanos. Por eso enfocamos nuestra súper-arma hacia él para vencerlo.
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.
Como investigadora, generalmente no trabajo con pacientes. Pero hace poco conocí a una madre sobreviviente de cáncer de ovario, Mimi, y su hija Paige. Estaba profundamente inspirada por la fortaleza y el optimismo que mostraron tanto la madre como su hija y por su historia de valor y apoyo. En ese evento hablamos de diferentes tecnologías contra el cáncer. Mimi lloraba al explicar cómo el aprender de esos esfuerzos le daba esperanza a las futuras generaciones, incluyendo a su propia hija. Realmente me conmovió. No solo se trata de construir ciencia elegante. Se trata de cambiar la vida de las personas. Se trata de entender el poder de la ingeniería a nivel molecular.
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.
Sé que a medida que estudiantes como Paige avanzan en sus carreras se abren nuevas posibilidades para tratar algunos de los mayores problemas de salud en el mundo, incluyendo cáncer de ovarios, desórdenes psiquiátricos, enfermedades infecciosas, justo como la ingeniería química me ha permitido y ha dado una manera de que la ingeniería en la escala más pequeña, la de las moléculas, sanen a nivel humano.
Thank you.
Gracias.
(Applause)
(Aplausos)