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.
Kanker raakt ons allemaal -- vooral de soorten die altijd terug blijven komen, de zeer invasieve en resistente soorten die elke medische behandeling tarten, zelfs als we er onze beste geneesmiddelen op loslaten. Manipulatie op moleculair niveau, op de kleinste schalen, kan opwindende nieuwe manieren bieden om de meest agressieve vormen van kanker te bestrijden.
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.
Kanker is een heel slimme ziekte. Sommige vormen van kanker kunnen we gelukkig vrij goed de baas met bekende en goed geteste medicijnen en chirurgie. Maar sommige vormen van kanker reageren niet op deze benaderingen; de tumor overleeft of komt terug, zelfs na een bombardement van geneesmiddelen.
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.
Je kunt deze zeer agressieve vormen van kanker zien als superschurken in een stripboek. Ze zijn slim, flexibel en weten heel goed in leven te blijven. En, zoals de meeste superschurken dezer dagen, komen hun superkrachten van een genetische mutatie. De gewijzigde genen in deze tumorcellen kunnen nieuwe en onvermoede vormen van overleving inschakelen en coderen, waardoor de kankercel zelfs onze beste chemotherapiebehandelingen overleeft.
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.
In een bepaald geval stelt een gen de cel in staat een geneesmiddel, wanneer het de cel nadert, weg te duwen, voordat het enig effect heeft. Stel je voor -- de cel spuugt in feite het geneesmiddel uit. Dit is slechts één voorbeeld van de vele genetische trucs in de gereedschapskist van onze superschurk, kanker. Allemaal door gemuteerde genen.
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.
We hebben dus een superschurk met ongelooflijke superkrachten. Dus hebben we een nieuwe en krachtige aanpak nodig. Wel, we kunnen een gen uitschakelen. De sleutel is een set moleculen die bekend staat als siRNA. siRNA zijn korte sequenties van genetische code die een cel leren hoe ze een bepaald gen kunnen blokkeren. Elk siRNA-molecuul kan een specifiek gen in de cel uitschakelen. Al vele jaren sinds zijn ontdekking zijn wetenschappers zeer enthousiast over de mogelijke toepassing van deze genblokkers in de geneeskunde.
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.
Maar er is een probleem. siRNA werkt goed in de cel. Maar als het wordt blootgesteld aan de enzymen in ons bloed en onze weefsels, degradeert het in enkele seconden. Het moet worden verpakt en beschermd voor zijn reis door het lichaam op weg naar het uiteindelijke doel in de kankercel.
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.
Hier is onze strategie. Eerst dienen we de kankercel de genblokker siRNA toe, we schakelen die overlevingsgenen uit, en dan vallen we aan met een chemobehandeling. Maar hoe doen we dat? Met behulp van moleculaire technieken kunnen we een superwapen ontwerpen dat via de bloedbaan kan reizen. Het moet klein genoeg zijn om door de bloedbaan te kunnen, klein genoeg om het tumorweefsel binnen te dringen en ook nog eens klein genoeg om door de kankercel te worden opgenomen. Daarvoor moet het ongeveer een honderdste van de dikte van een mensenhaar zijn.
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.
Hoe kunnen we nu deze nanodeeltjes bouwen? We beginnen eerst met de kern ervan. Dat is een kleine capsule met het chemogeneesmiddel. Dat is het gif dat de tumorcel gaat doden. Rond deze kern wikkelen we een zeer dunne, nanometer-dunne deken van siRNA. Dat is onze genblokker. Omdat siRNA sterk negatief geladen is, kunnen we het beschermen met een mooie, beschermende laag van positief geladen polymeer. De twee tegengesteld geladen moleculen plakken aan elkaar door ladingsaantrekking. Dat geeft ons een beschermlaag die voorkomt dat het siRNA degradeert in de bloedbaan. We zijn bijna rond.
(Laughter)
(Gelach)
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.
Maar we moeten nog nadenken over een groot obstakel. In feite het grootste obstakel van allemaal. Hoe kunnen we dit superwapen inzetten? Ik bedoel dat elk goed wapen moet worden gericht, we moeten dit superwapen richten op de kwaadaardige doelcellen in de 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.
Maar onze lichamen hebben een natuurlijk afweersysteem: cellen in de bloedbaan die dingen opsporen die er niet thuishoren, zodat ze die kunnen vernietigen of elimineren. En raad eens? Onze nanodeeltjes worden beschouwd als vreemd. We moeten onze nanodeeltjes voorbij het tumorafweersysteem zien te krijgen. We moeten ze voorbij dat mechanisme krijgen dat indringers uitschakelt, door ze te vermommen.
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.
Dus, voegen we nog een negatief geladen laag toe aan deze nanodeeltjes. Om twee redenen. Ten eerste bestaat deze buitenlaag uit een van de natuurlijk opgeladen, zeer gehydrateerde polysacchariden die zich in ons lichaam bevinden. Het creëert een wolk van watermoleculen rondom het nanodeeltje dat het onzichtbaar maakt. Deze onzichtbaarheidsmantel staat de nanodeeltjes toe om via de bloedbaan lang en ver genoeg te reizen om de tumor te bereiken, zonder dat het lichaam ze elimineert.
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.
Ten tweede bevat deze laag moleculen die zich specifiek aan onze tumorcel binden. Eenmaal gebonden, neemt de kankercel het nanodeeltje op en dan hebben we nanodeeltjes in de kankercel, klaar voor hun taak.
Alright! I feel the same way. Let's go!
Ziezo! Ik voel hetzelfde. Laten we gaan!
(Applause)
(Applaus)
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.
Het siRNA wordt eerst ingezet. Het werkt urenlang, genoeg tijd om die overlevingsgenen te stoppen en te blokkeren. We hebben nu die genetische superkrachten uitgeschakeld. Wat overblijft is een kankercel zonder speciale verdediging. Vervolgens komt het chemotherapiegeneesmiddel uit de kern en vernietigt de tumorcel schoon en efficiënt. Met voldoende genblokkers kunnen we veel verschillende soorten mutaties aanpakken, wat de kans vergroot om tumoren te vernietigen zonder nog boosdoeners achter te laten.
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.
Hoe werkt nu onze strategie? We hebben deze nanodeeltjes uitgetest bij dieren met behulp van een zeer agressieve vorm van triple-negatieve borstkanker. Deze triple-negatieve borstkanker heeft het gen dat kankermedicijn uitspuugt, zodra het geleverd wordt.
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.
Meestal is doxorubicine -- laten we het ‘dox’ noemen -- het eerstelijnsmedicijn voor borstkanker. We hebben onze dieren eerst behandeld met een dox-kern, dus alleen dox. De tumor ging trager groeien, maar hij groeide nog steeds snel, in twee weken verdubbelde de omvang.
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.
Vervolgens probeerden we ons combinatiesuperwapen. Een nanolaagdeeltje met siRNA tegen de chemopomp, met daarbij dox in de kern. En kijk -- we zagen dat niet alleen de tumoren stopten met groeien, ze werden kleiner en in sommige gevallen zelfs geëlimineerd. De tumoren gingen daadwerkelijk achteruit.
(Applause)
(Applaus)
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.
Het interessante aan deze aanpak is dat hij kan worden gepersonaliseerd. We kunnen veel verschillende lagen van siRNA toevoegen om verschillende mutaties en tumorafweermechanismen aan te pakken. Wij kunnen ook verschillende geneesmiddelen in de kern van het nanodeeltje steken. Als artsen leren hoe patiënten te testen en bepaalde genetische types van tumoren te begrijpen, kunnen ze ons helpen bepalen welke patiënten van deze strategie kunnen profiteren en welke genblokkers we kunnen gebruiken.
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.
Eierstokkanker raakt een speciale snaar bij mij. Het is een zeer agressieve kanker, deels omdat hij pas laat ontdekt wordt, wanneer hij al zeer geavanceerd is en er een aantal genetische mutaties zijn. Na de eerste kuur chemotherapie komt deze kanker terug bij 75 procent van de patiënten. En meestal in een geneesmiddel-resistente vorm. Intense eierstokkanker is een van de grootste superschurken die er zijn. En nu richten we ons superwapen op zijn nederlaag.
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.
Als onderzoeker werk ik meestal niet met patiënten. Maar onlangs ontmoette ik een moeder, die eierstokkanker overleefde, Mimi, en haar dochter, Paige. Ik werd diep geïnspireerd door het optimisme en de kracht van zowel moeder als dochter. En door hun verhaal van moed en ondersteuning. We spraken over de verschillende technologieën gericht op kanker. En Mimi was in tranen toen ze uitlegde hoe het leren over deze inspanningen haar hoop geeft voor de toekomstige generaties, met inbegrip van haar eigen dochter. Dit raakte me echt. Het gaat niet alleen over het doen aan echt elegante wetenschap. Het gaat ook over het veranderen van het leven van mensen. Het gaat over het begrijpen van de kracht van de techniek op de schaal van moleculen.
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.
Ik weet dat als studenten zoals Paige in hun carrière vorderen, ze nieuwe wegen zullen vinden voor de aanpak van een aantal grote mondiale gezondheidsproblemen -- zoals eierstokkanker, neurologische aandoeningen, infectieziekten -- net zoals chemische techniek deuren voor mij heeft geopend en een manier van werken heeft verschaft op de kleinste schaal, die van de moleculen, om te genezen op de menselijke schaal.
Thank you.
Dank je.
(Applause)
(Applaus)