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.
Il cancro colpisce tutti noi specialmente quelli che ritornano sempre, i più invasivi e resistenti ai farmaci, quelli che resistono alle cure mediche, anche quando li attacchiamo con i migliori farmaci. L'ingegneria molecolare, che lavora su scala ridotta, può fornirci nuove cure per combattere le forme più aggressive.
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.
Il cancro è una patologia molto furba. Ci sono alcune forme che, fortunatemente, abbiamo imparato a domare abbastanza bene con farmaci e operazioni accertate. Ma ci sono alcune forme di cancro che non reagiscono a questi trattamenti, per questo il tumore sopravvive e ritorna, anche dopo un "attacco" da parte dei farmaci
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.
Possiamo immaginare queste forme di cancro come i supercattivi dei fumetti. Sono furbi, flessibili, e bravi a sopravvivere. E, come la maggior parte dei supercattivi, i loro superpoteri sono frutto di una mutazione genetica. I geni che si sono modificati nelle cellule tumorali possono attivare e codificare nuovi modi di sopravvivenza, permettendo alle cellule cancerogene di sopravvivere anche alle migliori chemioterapie.
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.
Ad esempio, attraverso un trucco, un gene permette ad una cellula, anche quando il farmaco la attacca, di respingerlo prima che il farmaco faccia effetto. E la cellula risputa il farmaco efficacemente. Questo è solo un esempio dei diversi trucchi geneteci nelle mani del nostro supercattivo. Tutto a causa dei geni mutanti.
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.
Quindi, ci sono supercattivi con poteri incredibili. E noi abbiamo bisogno di una nuova e potente arma. In realtà, noi possiamo disattivare un gene. La chiave è in un set di molecole conosciute come siRNA. Le siRNA sono brevi sequenze di codice genetico che guidano una cellula a bloccare un determinato gene Ogni molecola di siRNA può disattivare un gene specifico all'interno della cellula. Per molti anni, da quando è stato scoperto gli scienziati sono entusiasti per il modo in cui si possono usare questi geni bloccanti in 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.
Tuttavia, c'è un problema, siRNA funziona bene all'interno di una cellula. Ma, se viene a contatto con gli enzimi che sono presenti nel nostro sangue o nei nostri tessuti, si deteriora in pochi secondi. Deve essere impacchettato, protetto per affrontare il suo viaggio nel corpo ed arrivare all'interno della cellula cancerogna.
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.
Ecco la nostra strategia. Innanzitutto, somministriamo alla cellula il siRNA, il gene bloccante, e fermiamo i geni sopravvissuti, poi la attacchiamo con la chemioterapia. Ma come la mettiamo in pratica? Utilizzando l'ingegneria molecolare, possiamo creare una super-arma che può viaggiare attraverso i vasi sanguigni. Deve essere abbastanza piccola per passare nei vasi sanguigni, abbastanza piccola per penetrare il tessuto cancerogeno e abbastanza piccola per occupare l'interno della cellula tumorale. Per fare bene questo lavoro, deve essere grande un centesimo della grandezza di un capello umano.
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.
Vediamo come possiamo costruire questa nano-particella. Innanzitutto, cominciamo con il nucleo. È una microcapsula che contiene il farmaco chemioterapico. Questo è il veleno che metterà fine alla vita della cellula tumorale. Il nucleo sarà avvolto con un minuscolo manto di siRNA. Questo è il nostro gene bloccante. Il siRNA è caricato negativamente, quindi possiamo proteggerlo con uno strato protettivo di polimeri caricati positivamente. Le cariche opposte delle molecole rimangono attaccate subiscono un'attrazione, e ci fornisce uno strato protettivo che eivta il deterioramento del siRNA all'interno del sangue. Abbiamo quasi finito.
(Laughter)
(Risate)
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.
Ma, c'è un altro problema che dobbiamo risolvere. Il più grande ostacolo tra tutti. Come dispiegamo le armi? Ogni buona arma deve essere puntata, e noi dobbiamo puntare le cellule supercattive che vivono nel tumore.
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.
Tuttavia, il corpo umano ha il sistema immunitario: cellule che vivono nel nostro sangue e che identificano cose che non vi appartengono, così da poterle distruggere ed eliminare. Indovinate un po'? La nostra particella è vista come estranea Dobbiamo far passare la nanoparticella attraverso il sistema di difesa del tumore ed evitare che questo meccanismo si possa disfare dell'oggetto estraneo travestendola.
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.
Aggiungiamo un altro strato caricato negativamente attorno alla nanoparticella che è utile per due motivi. Innanzitutto, lo strato esterno è uno di quelli caricati naturalmente, è un polisaccaride altamente idratato presente nel nostro corpo. Crea una nube di molecole d'acqua attorno la nanoparticella che ha lo stesso effetto del mantello dell'invisibilità. Questo mantello permette alla particella di viaggiare attraverso i vasi in lungo e largo fino a raggiungere il tumore, senza essere espulsa dal corpo.
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.
Inoltre, questo strato contiene molecole che si legano proprio con la cellula tumorale. Una volta legata, la cellula tumorale assorbe la nanoparticella, ed ora abbiamo la nostra nanoparticella all'interno della cellula cancerogena pronta a combattere.
Alright! I feel the same way. Let's go!
Bene! Mi sento pronta. Andiamo!
(Applause)
(Applausi)
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.
Il siRNA è innanzitutto schierato. Agisce per ore, dando abbastanza tempo a silenziare e bloccare quei geni sopravvissuti. Abbiamo disabilitato i superpoteri genetici Ci rimane una cellula cancerogena senza difese speciali. Quindi, il farmaco chemioterapico viene rilasciato dal nucleo e distrugge la cellula tumorale con precisione ed efficacia. Con i geni bloccanti necessari, possiamo colpire diversi tipi di mutazioni con la possibilità di eliminare i tumori, senza lasciare alcuna traccia.
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.
Come funziona la nostra strategia? Abbiamo provato queste nanostrutture sugli animali utilizzando una forma molto aggressiva di cancro al seno. Il cancro al seno mostra un gene che respinge il farmaco per il cancro non appena è immesso.
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, la Doxorubicina, chiamiamola "dox", è il farmaco che viene utilizzato nella terapia per il cancro al seno. All'inizio abbiamo curato gli animali solo con la dox. Il tumore ha rallentato il tasso di crescita, ma cresceva rapidamente, raddoppiando la sua dimensione in due settimane.
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.
Poi, abbiamo provato ad utilizzare le nostre superarmi. Una nanoparticella con siRNA contro la pompa chemioterapica, e la doxitocina nel nucleo. E non solo abbiamo scoperto che il tumore smette di crescer ma diminuisce la sua dimensione e sono stati eliminati in alcuni casi. I tumori stavano regredendo.
(Applause)
(Applausi)
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.
La cosa magnifica di questo trattamento è che può essere personalizzato. Possiamo aggiungere diversi strati di siRNA per colpire diverse mutazioni e diversi meccanismi di difesa tumorali. Possiamo inserire diversi farmaci nel nucleo della nanoparticella. I dottori imparano a testare i pazienti e a diagnosticare specifici tipi di tumore aiutandoci a determinare quale paziente può beneficiare di questa terapia e quale gene utilizzare.
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.
Il cancro alle ovaie mi tocca particolarmente. è un cancro molto aggressivo, in parte perchè viene diagnosticato quando è in fase avanzata e ci sono molte mutazioni genetiche. Dopo il primo ciclo di chemioterapia, questo cancro si ripresenta nel 75% dei pazienti. E quando ritorna è resistente ai farmaci. Il cancro alle ovaie è uno dei supercattivi più pericolosi. Ed ora puntiamo le nostre superarmi per sconfiggerlo.
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.
Come ricercatrice, generalmente non lavoro con i pazienti. Ma recentemente ho conosciuto una madre sopravvissuta ad un cancro alle ovaie: Mimi, e sua figlia, Paige. Mi hanno colpito l'ottimismo e la forza che sia la madre che la figlia mostravano ed anche la loro storia ricca di coraggio e resistenza. In questa occasione, abbiamo parlato delle diverse tecnologie per sconfiggere il. Mimi era in lacrime quando ha spiegato che conoscere questi risultati le dà speranza per le generazioni future, incluso sua figlia. Ciò mi ha relamente colpito. Non si tratta solo di costruire scienza raffinata. Si tratta di cambiare la vita delle persone, Si tratta di capire il potere dell'ingegneria su scala molecolare.
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.
So che studenti come Paige faranno progressi nelle loro carriere, e ci daranno nuove possibilità a capire alcuni dei più grandi problemi di salute del mondo, incluso il cancro alle ovaie, patologie neurologiche ed infettive, così come l'ingegneria chimica ha trovato un modo per aprirmi le porte, e mi ha aperto una strada verso l'ingegneria su scala più piccola, quella molecolare per guarire quella umana.
Thank you.
Grazie.
(Applause)
(Applausi)