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.
סרטן משפיע על כולנו - במיוחד אלה ששבים וחוזרים, הפולשנים מאוד ועמידים לתרופות אלה שעמידים לטיפול רפואי, גם כאשר אנחנו זורקים לעברם את התרופות הטובות ביותר שלנו. הנדסה ברמה המולקולרית, כשעובדים בקנה מידה הקטן ביותר, יכולה לספק דרכים חדשות ומלהיבות להילחם בצורות הכי אגרסיביות של סרטן.
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.
הסרטן הוא מחלה מאוד חכמה. ישנם כמה סוגים של סרטן, שלמרבה המזל, למדנו כיצד לטפל בצורה טובה יחסית עם תרופות וניתוחים ידועים ומבוססים. אבל יש כמה סוגים של סרטן שלא מגיבים לגישות אלו, והגידול שורד, או חוזר, גם לאחר מתקפה של תרופות.
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.
אנחנו יכולים לחשוב על צורות מאוד אגרסיביות אלו של סרטן כעל סוג של נבל-על בספר קומיקס. הם פיקחים, הם סתגלנים, והם טובים מאוד בלהישאר בחיים. וכמו רוב נבלי-העל בימים אלה, כוחות העל שלהם מגיעים ממוטציה גנטית. הגנים שמשתנים בתוך תאים סרטניים אלה יכולים לאפשר ולקודד עבור מצבי הישרדות חדשים שלא ייאמנו, המאפשרים לתא הסרטני לחיות אפילו דרך הטיפולים הכימותרפיים הטובים ביותר שלנו.
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.
דוגמא אחת היא טריק בו גן מאפשר לתא, גם כאשר התרופה מתקרבת לתא, לדחוף את התרופה החוצה, לפני שהתרופה יכולה להשפיע. דמיינו - התא יורק החוצה את התרופה ביעילות. זוהי רק דוגמה אחת לטריקים הגנטיים הרבים באמתחתו של הארכי-נבל, הסרטן, הכול בגלל גנים מוטנטיים.
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.
אז יש לנו ארכי-נבל עם כוחות-על מדהימים. ואנחנו זקוקים לסוגי התקפה חדשים ועוצמתיים. למעשה, אנחנו יכולים לכבות גן. המפתח הוא סדרה של מולקולות המכונה siRNA. siRNA הם רצפים קצרים של קוד גנטי שמנחים תא לחסום גן מסוים. כל מולקולת siRNA יכולה לכבות גן ספציפי בתוך התא. במשך שנים רבות מאז גילויה, מדענים מאוד התלהבו מהאפשרות כיצד ליישם ברפואה חוסמי גנים אלה.
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.
אבל, ישנה בעיה. siRNA פועלת היטב בתוך התא. אבל אם היא נחשפת לאנזימים שנמצאים בתוך זרם הדם או הרקמות שלנו, היא מתדרדרת בתוך שניות. היא חייבת להיות ארוזה, מוגנת בעת מסעה בגוף בדרכה ליעד הסופי בתוך התא הסרטני
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.
אז, הנה האסטרטגיה שלנו. ראשית, ניתן מנהלתא הסרטני של siRNA חוסמת הגן, ונשתיק את אותם גנים השרדותיים, ואז נכה אותם בחוזקה עם תרופה כימותרפית. אבל איך נוכל לבצע את זה? באמצעות הנדסה מולקולרית, אנחנו יכולים בעצם לעצב נשק-על שיכול לנסוע דרך מחזור הדם. זה חייב להיות זעיר מספיק כדי לעבור דרך מחזור הדם, זה חייב להיות קטן מספיק כדי לחדור את רקמת הגידול, וזה חייב להיות זעיר מספיק כדי להילקח לתוך התא הסרטני. כדי לעשות את העבודה הזאת היטב, זה חייב להיות כמאית אחת מגודל של שערת אדם,
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.
בואו נסתכל מקרוב כיצד אנו יכולים לבנות ננו-חלקיק זה. ראשית, בואו נתחיל עם ליבת הננו-חלקיק. זוהי קפסולה זעירה שמכילה את התרופה הכימותרפית. זהו הרעל שיגרום למעשה לסיים את חיי התא הסרטני. סביב הליבה הזו, נעטוף שמיכה דקיקה מאוד בעובי ננומטר של siRNA, זהו חוסם הגן שלנו. כי siRNA הוא בעל טעינה שלילית חזקה, אנחנו יכולים להגן עליו בשכבת מגן נחמדה של פולימר בעל טעינה חיובית. שתי המולקולות המנוגדות נדבקות זו לזו באמצעות משיכת מטען חשמלי, וזה מספק לנו שכבת מגן שמונעת את התדרדרות ה siRNA בזרם הדם. כמעט סיימנו.
(Laughter)
(צחוק)
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.
אבל יש מכשול אחד גדול נוסף שאנחנו צריכים לחשוב עליו. למעשה, זה עשוי להיות המכשול הגדול מכולם. כיצד אנו יכולים לפרוס נשק על זה? אני מתכוונת, כל נשק טוב חייב להיות מכוון ליעד, עלינו לכוון נשק-על זה לתאי הארכי-נבל ששוכן בגידול.
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.
אבל לגוף שלנו יש מערכת הגנה חיסונית טבעית תאים שנמצאים בזרם הדם ובוררים החוצה דברים שאינם שייכים, כך שהיא תוכל להרוס או לחסל אותם. ונחשו מה? הננו-החלקיקים שלנו נחשבים חפץ זר. עלינו להגניב את הננו-חלקיק אל מעבר מערכת הביטחון של הגידול. עלינו להעביר אותו דרך המנגנון שנפטר מאובייקט זר על ידי כך שנסווה אותו.
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.
אז נוסיף עוד שכבה אחת בעלת מטען שלילי סביב ננו-חלקיק זה. שמשרתת שתי מטרות. ראשית, שכבה חיצונית זו היא אחת שטעונה באופן טבעי, רב-סוכרים רוויים שנמצאים בגופנו. זה יוצר ענן של מולקולות מים סביב הננו-חלקיק שנותן אפקט של מעטה של אי-נראות מעטה אי-הנראות מאפשר לננו-חלקיק לנוע דרך זרם הדם ארוך ורחוק מספיק כדי להגיע לגידול, מבלי שיחוסל על ידי הגוף.
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.
שנית, שכבה זו מכילה מולקולות שנקשרות ספציפית לתאי הסרטן שלנו. וכאשר הוא נקשר, התא הסרטני לוקח את הננו-חלקיק, וכעת יש לנו את הננו-חלקיק שלנו בתוך תא הסרטן ומוכן להיערכות,
Alright! I feel the same way. Let's go!
בְּסֵדֶר! אני מרגישה אותו הדבר. בוא נמשיך!
(Applause)
(תשואות)
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.
ה-siRNA נפרסת ראשונה. היא פועלת במשך שעות נותנת מספיק זמן להשתיק ולחסום את אותם גנים של הישרדות. עכשיו השבתנו את כוחות העל הגנטיים. מה שנותר הוא תא סרטני ללא הגנות מיוחדות. לאחר מכן, תרופה כימותרפית יוצאת מהליבה והורסת לחלוטין וביעילות את תאי הגידול. עם מספיק חוסמי גנים, אנחנו יכולים לטפל בסוגים רבים של מוטציות, שמאפשרים הזדמנות לטאטא החוצה גידולים, מבלי להשאיר מאחור דברים רעים.
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.
אז, איך האסטרטגיה שלנו עובדת? בדקנו מבנה ננו-חלקיקים אלה בחיות תוך שימוש בצורה אגרסיבית מאוד של סרטן שד תלת-שלילי סרטן שד תלת-שלילי זה מציג את הגן שיורק החוצה תרופה נגד סרטן ברגע שהיא מועברת.
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.
בדרך כלל, דוקסורוביצין - בוא נקרא לה "dox" היא התרופה לסרטן שהיא קו הטיפול הראשון בסרטן השד. אז ראשית טיפלנו בחיות שלנו בליבת dox בלבד. תאי הגידול האט את קצב הצמיחה שלהם, אך הם עדיין גדלו במהירות, הכפילו את גודלם תוך שבועיים.
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.
אז, ניסינו את נשק-העל המשולב שלנו חלקיק ננו-שכבה עם siRNA כנגד משאבת הכימותרפיה, בנוסף לכך, יש לנו את ה DOX בליבה. וראו -- מצאנו שלא רק שהגידולים הפסיקו לגדול הם למעשה ירדו בגודל וחוסלו במקרים אחדים. הגידולים למעשה היו ברגרסיה.
(Applause)
(תשואות)
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.
מה שמצוין בגישה זו זה שהיא יכולה להיות מתואמת אישית. אנחנו יכולים להוסיף הרבה שכבות שונות של siRNA לטפל במוטציות שונות ומנגנוני הגנה של גידולים. ואנחנו יכולים לשים תרופות שונות לתוך ליבת הננו-חלקיק. כשרופאים לומדים כיצד לבדוק חולים ולהבין סוגים גנטיים מסוימים של גידולים, הם יעזרו לנו לקבוע מי מהnולים יוכל להפיק תועלת מאסטרטגיה זו ובאילו חוסמי גנים אנו יכולים להשתמש.
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.
סרטן שחלות פורט אצלי על מיתר מיוחד. זה סרטן מאוד אלים, בין השאר משום שהוא מתגלה בשלבים מאוחרים מאוד, כאשר הוא מתקדם מאוד ויש מספר מוטציות גנטיות. אחרי הסיבוב הראשון של כימותרפיה, סרטן זה חוזר ב 75 אחוז מהחולים. והוא בדרך כלל חוזר בצורה עמידה לתרופות. סרטן שחלות בדרגה גבוהה הוא אחד מהארכי-נבלים הגדולים ביותר. ואנחנו מכוונים כעת את נשק העל שלנו כדי להביס אותו.
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.
כחוקרת, לא יוצא לי בדרך כלל לעבוד עם חולים. אבל לאחרונה פגשתי אם שהיא ניצולת סרטן שחלות, מימי, ובתה, פייג'. קיבלתי השראה רבה מהאופטימיות והכוח שהן האם והן בתה הפגינו ומסיפורן של אומץ ותמיכה. באירוע זה, דיברנו על הטכנולוגיות השונות שמכוונות כנגד הסרטן. ומימי בכתה בדמעות כשהסברתי כיצד לימוד של המהלכים האלה נותן לה תקווה עבור הדורות הבאים כולל בתה שלה. זה באמת נגע בי. זה לא רק על כיצד לבנות מדע ממש אלגנטי זה על לשנות חיים של אנשים. זה על הבנת כוחה של הנדסה בקנה מידה של מולקולות
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.
אני יודע שכשסטודנטים כמו פייג' מתקדמים בקריירות שלהם, הם יפתחו אפשרויות חדשות בהתמודדות עם אחדות מבעיות הבריאות הגדולות בעולם -- כולל סרטן שחלות, הפרעות נוירולוגיות, מחלות זיהומיות -- בדיוק כמן שהנדסה כימית מצאה דרך לפתוח דלתות בשבילי, וסיפקה דרך הנדסית בקנה המידה הזעיר ביותר, זה של המולקולות, לרפא על קנה המידה האנושי.
Thank you.
תודה
(Applause)
(תשואות)