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.
A rák mindannyiunkat érinti – főleg, amelyek újra és újra visszatérnek, az erősen támadók, gyógyszerre immunisak, az orvosi kezeléssel szemben ellenállóak, még ha a legjobb gyógyszereket is használjuk ellenük. A technika molekuláris szinten, a legapróbb részecskék szintjén, érdekes új utakat kínál a legagresszívabb rákfajták leküzdésében.
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.
A rák nagyon okos betegség. Vannak olyan rákfajták, melyek szerencsére elég jól kezelhetőek az ismert és bevált szerek, beavatkozások által. De olyanok is akadnak, melyek nem reagálnak ezekre a módszerekre, és a daganat megmarad vagy visszatér a gyógyszeres kezelések ellenére is.
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.
Nézhetünk úgy az agresszív ráktípusokra, mint a képregények főgonoszaira. Okosak, alkalmazkodóak és nagyon jók az életben maradásban. Mint a legtöbb főgonosznak manapság, génmutációból származik a szupererejük. A tumorsejtekben módosult gének képesek új túlélési módok kódolására, melyekkel a ráksejt túléli a legjobb kemoterápiás kezeléseket is.
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.
Jó példa, mikor egy gén engedi a sejtnek a gyógyszer sejthez érésekor eltaszítani a gyógyszert, mielőtt hatni kezdene. Képzeljék el – a sejt kiköpi a szert. Ez csak egy példa a sok géntrükk közül a főgonosz, a rák, tarsolyából. Mind a mutáns géneknek köszönhető.
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.
Tehát, adott egy főgonosz szupererővel. és kell nekünk egy új, hatásos támadási mód. Valójában ki tudjuk kapcsolni a gént. A kulcs az siRNA molekulahalmaz. A siRNA molekulák rövid génszakaszok, melyek blokkolhatnak egy adott gént. Minden siRNA ki tud iktatni egy gént a sejten belül. A felfedezésük után hosszú évekig voltak izgatottak a tudósok, hogyan alkalmazhatóak ezek a génblokkolók az orvostanban.
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.
De van egy bökkenő. Az siRNA jól hat sejten belül. De ha enzimekkel találkozik, melyek a vérünkben, szöveteinkben vannak, másodperceken belül lebomlik. Burkolva, védve kell lennie mozgása során, míg el nem jut a végső célig a ráksejtben.
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.
Tehát itt a terv: Először siRNA-val kezeljük a ráksejtet, és elfojtjuk a túlélő géneket, végül pedig kémiai szerrel kiirtjuk. De hogyan is hajtsuk végre? Molekuláris tervezéssel létre tudunk hozni egy szuperfegyvert, mely végig tud áramlani a vérünkben. Ehhez elég aprónak kell lennie, és ahhoz is, hogy bejusson a rákszövetbe, valamint, hogy elfoglalja ott a helyét. Ehhez a feladathoz az kell, hogy mérete a haj század része legyen.
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.
Lássuk, hogy kell ilyet létrehozni. Kezdjük a nanorészecske magjával. Ez egy apró kapszula kemoterápiás szerrel. Ez a méreg öli meg a tumorsejtet. Ezt a magot beburkoljuk egy nagyon vékony, nanométer-vékony siRNA takaróval. Ez a génblokkolónk. Az siRNA-nak erősen negatív a töltése, ezért megvédhetjük egy pozitív töltésű polimerrel. Ezek az ellentétes töltésű molekulák összekapcsolódnak a töltések vonzása által védőréteget alkotva számunkra, ezért az siRNA nem bomlik le a véráramban. Majdnem megvagyunk.
(Laughter)
(Nevetés)
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.
Azonban akad még egy nagy akadály. Sőt, ez talán a legnagyobb mind közül. Hogyan vessük be ezt a szuperfegyvert? Minden jó fegyver célorientált, a főgonosz sejteket kell megcéloznunk, melyek a tumorban tartózkodnak.
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.
Van egy immunvédelmi rendszerünk: sejtek, melyek a véráramban találhatóak, és felismerik az idegen dolgokat, ezáltal ez a rendszer eltávolítja őket. Mi ilyen? A nanorészecskénk, mondjuk. Be kell juttatnunk a tumor védelmi rendszerén át. Át kell juttatnunk az idegen anyagoktól megszabadulni akaró védelmi rendszerünkön álcázás által.
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.
Ezért teszünk még egy negatív töltésű réteget a nanorészecske köré, mely két célt szolgál. Először is, ez egy természetes töltésű, erősen hidratált poliszacharid, amely megtalálható bennünk. A részecskénk köré vízmolekula-felhőt alkot, láthatatlan köpeny hatást létrehozva. Ez a köpeny lehetővé teszi számára, hogy a véráramban hosszan és messze utazzon, eljutva a daganatig anélkül, hogy a test megsemmisítené.
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.
Másodsorban olyan molekulákat tartalmaz, melyek speciálisan kapcsolódnak a tumorra. Ezután a tumorsejt befogadja a részecskét, és a nanorészecskénk a ráksejtben van, készen a bevetésre.
Alright! I feel the same way. Let's go!
Helyes! Én is így érzem! Gyerünk!
(Applause)
(Taps)
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.
Az siRNA-t vetjük be először. Négy órán át ténykedik, hogy elfojtsa és blokkolja a túlélő géneket. Most lebénítottuk ezeket. Megmarad a védekezésre képtelen tumorsejt. Ekkor a kemoterápiás szer előjön a magból, és megsemmisíti a tumorsejtet, tisztán és hatékonyan. Elegendő génblokkolóval különböző mutációkat tudunk kezelni megadva az esélyt a tumorok kisöprésére egyetlen rosszfiút sem hátrahagyva.
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.
Tehát hogy is működik a tervünk? Állatokon teszteltük ezeket a nanorészeket a háromszorosan negatív mellrák nagyon agresszív formájával. Ez a mellrák rendelkezik a génnel, mely kiköpi a gyógyszert, amikor az odaér.
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.
Általában doxorubicin (röviden dox) a szer, amely az első lépés mellrák kezelésében. Először doxszal kezeltük az állatainkat. A tumorok növekedése lelassult, de még rohamosan nőttek, a duplájukra két hét alatt.
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.
Ezután jött a kombinált szuperfegyver. A rétegünk siRNA-val a kemo pumpa ellen, plusz a magban található a dox. Nézzék: leállt a tumorok növekedése, sőt csökkent a méretük, és néhány esetben meg is semmisültek. A tumorok visszafejlődtek.
(Applause)
(Taps)
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.
Kitűnő, hogy ez a megközelítés személyre szabott lehet. Többféle siRNA rétegeket tudunk használni, többféle mutáció, védekezés ellen, és különböző szereket tehetünk a magba. Mivel az orvosok rájöttek a tesztelések módjára, és megértettek bizonyos rák-géntípusokat, segíteni tudnak annak meghatározásában, kinek előnyös ez, és milyen génblokkolókat használhatunk.
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.
A petefészekrák speciális eset. Ez nagyon agresszív rák, részben, mert az utolsó stádiumban fedezik fel, előrehaladott állapotban, és mert számos génmutációról van szó. Az első kemoterápiás kezelések után a páciensek 75 százalékánál kiújul. Általában ilyenkor már ellenálló a szerekre. A nagyon agresszív petefészekrák a legnagyobb főgonoszok egyike, és most irányítjuk szuperfegyverünk a legyőzése irányába.
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.
Mint kutató, általában nem dolgozom páciensekkel. De mostanában találkoztam egy édesanyával, aki legyőzte ezt a kórt, és a lányával. Lelkesített az optimizmus és az erő, ami belőlük áradt, és bátorságuk, támogatásuk története. Ekkor különböző technológiákról beszéltünk a rákkal kapcsolatban. Mimi, az édesanya, sírt, mikor ezekről az erőfeszítésekről beszélt, amik reményt adnak a jövő generációjának, beleértve a lányát, Paige-et is. Ez igazán megérintett. Ez nem csak a tudomány építéséről szól. Ez emberi életek megváltoztatásáról szól. A tervezés megértéséről molekuláris szinten.
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.
A diákok, mint Page, haladnak előre, és új lehetőségeket tárnak fel a legnagyobb egészségügyi gondokra – petefészekrák, idegrendszeri rendellenességek, fertőzések – ahogy a kémiai tervezés ajtókat nyitott számomra, és lehetővé tette a tervezést a legkisebb, molekuláris szinten, hogy embereket tudjunk gyógyítani.
Thank you.
Köszönöm.
(Applause)
( Taps )