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.
O cancro afeta-nos a todos nós, especialmente aqueles que voltam vezes sem conta, os altamente invasivos e os que resistem às drogas, os que desafiam o tratamento médico, mesmo quando os tratamos com as melhores drogas que temos. A engenharia a nível molecular, que funciona à mais pequena das escalas, pode proporcionar novas formas entusiasmantes de lutar contra as formas mais agressivas do cancro.
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.
O cancro é uma doença muito inteligente. Há algumas formas de cancro que, felizmente, já aprendemos a tratar relativamente bem com cirurgias e drogas conhecidas e estabilizadas. Mas há outras formas de cancro que não reagem a essas abordagens e o tumor sobrevive ou reaparece, mesmo depois dum massacre de drogas.
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 nestas formas muito agressivas de cancro como uma espécie de supervilões dum história de banda desenhada. São espertos, são adaptáveis e são muito bons em manterem-se vivos. Tal como a maior parte dos supervilões dos nossos dias, os seus superpoderes provêm duma mutação genética. Os genes que são modificados no interior das células deste tumor podem permitir e codificar novos modos inimagináveis de sobrevivência, permitindo que a célula cancerosa viva, apesar dos melhores tratamentos 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.
Por exemplo, há um artifício em que um gene permite que uma célula, quando a droga se aproxima da célula, expulse a droga antes que a droga cause qualquer efeito. Imaginem — a célula cospe a droga. Este é apenas um exemplo das muitas artimanhas genéticas na manga do nosso supervilão, o cancro. Tudo isto devido 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.
Portanto, temos um supervilão com superpoderes incríveis. Precisamos de um modo de ataque novo e poderoso. Na realidade, podemos desligar um gene. A chave é um conjunto de moléculas conhecidas por siRNA. Os siRNA são sequências curtas de código genético que guiam uma célula para bloquear um determinado gene. Cada molécula de siRNA pode desligar um gene específico no interior da célula. Durante muitos anos depois desta descoberta, os cientistas ficaram muito entusiasmados em saber como aplicar na medicina estes bloqueadores de genes.
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.
Mas há um problema. Os siRNA funcionam bem no interior da célula. Mas, se forem expostos às enzimas que residem na corrente sanguínea ou nos tecidos, degradam-se em poucos segundos. Têm que ser embrulhados, protegidos, durante toda a viagem pelo corpo no seu percurso até ao destino final no interior da célula cancerosa.
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.
A nossa estratégia é esta. Primeiro, aplicamos uma dose de siRNA, o gene bloqueador, à célula cancerosa e silenciamos os genes sobreviventes. Depois, saturamo-la com uma droga química. Mas como é que fazemos isso? Usando a engenharia molecular, podemos conceber uma superarma que pode viajar pela corrente sanguínea. Tem que ser suficientemente pequena para entrar na corrente sanguínea, tem que ser suficientemente pequena para penetrar no tecido do tumor, e tem que ser suficientemente pequena para penetrar na célula cancerosa. Para fazer este trabalho bem feito, tem que ter o tamanho de cerca de um centésimo dum cabelo humano.
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.
Vejamos mais de perto como construímos esta nanopartícula. Primeiro, comecemos com o núcleo da nanopartícula. É uma diminuta cápsula que contém a droga da quimioterapia. É o veneno que vai acabar com a vida da célula do tumor. Envolvemos este núcleo com uma camada muito delgada, de nanómetros, de siRNA. É o bloqueador do gene. Como o siRNA tem uma forte carga negativa, podemos protegê-lo com uma boa camada protetora de um polímero com carga positiva. As duas molécula com cargas opostas ficam coladas, através da atração de cargas opostas o que nos fornece uma camada protetora que impede que o siRNA se degrade na corrente sanguínea. Está quase pronto.
(Laughter)
(Risos)
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.
Mas ainda há um grande obstáculo em que temos que pensar. Com efeito, provavelmente é o maior obstáculo de todos. Como é que posicionamos esta superarma? Ou seja, uma arma eficaz precisa de ser direcionada, temos que dirigir a superarma para as células malignas que residem no 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.
Mas o nosso corpo tem um sistema imuno-defensivo natural: células que residem na corrente sanguínea e detetam coisas que não lhe pertencem, para as destruírem ou eliminarem. Sabem uma coisa? A nossa nanopartícula é considerada um objeto estranho. Temos que insinuar a nanopartícula por entre o sistema de defesa do tumor. Temos que fazê-la passar por esse mecanismo que tenta libertar-se do objeto estranho,
So we add one more negatively charged layer
mascarando-a.
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.
Portanto, acrescentamos mais uma camada de carga negativa em volta da nanopartícula, o que tem dois objetivos. Primeiro, esta camada exterior é um dos polissacarídeos de carga natural, altamente hidratado, que residem no nosso corpo. Cria uma nuvem de moléculas de água em volta da nanopartícula que lhe dá um efeito de capa de invisibilidade. Esta capa de invisibilidade permite que a nanopartícula viaje através da corrente sanguínea o tempo e a distância necessárias para chegar ao tumor sem ser eliminada pelo 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.
Segundo, esta camada contém moléculas que se ligam especificamente à célula do tumor. Uma vez ligadas, a célula cancerosa agarra na nanopartícula e ficamos com a nanopartícula no interior da célula cancerosa pronta a instalar-se.
Alright! I feel the same way. Let's go!
Ótimo! Também me sinto assim. Vamos lá!
(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.
O siRNA instala-se primeiro. Atua durante horas, dando tempo suficiente para silenciar e bloquear os genes sobreviventes. Agora, esses superpoderes genéticos já estão fora de ação. O que resta é uma célula cancerosa sem defesas especiais. Depois, a droga da quimioterapia sai do núcleo e destrói a célula do tumor, de modo limpo e eficaz. Com bloqueadores genéticos suficientes, podemos tratar muitos tipos diferentes de mutações, permitindo a hipótese de erradicar tumores, sem deixar para trás nenhuns vilões.
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.
Como é que funciona a nossa estratégia? Testámos estas partículas de nano-estrutura em animais usando uma forma muito agressiva de cancro da mama triplamente negativo. Este cancro da mama triplamente negative exibe o gene que expele a droga para o cancro logo que ela é ministrada.
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.
Normalmente, é a doxorrubicina — chamemos-lhe "dox" — a droga para o tratamento de primeira linha do cancro da mama. Portanto, primeiro tratámos os animais com um núcleo de dox, dox apenas. O tumor diminuiu o ritmo de crescimento, mas continuou a crescer rapidamente, duplicando de tamanho durante um período de duas 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.
Depois, tentámos a nossa superarma combinada. Uma nanocamada de partículas com siRNA contra a bomba química, mais a dox no núcleo. Reparem — verificámos que os tumores deixaram de crescer e também diminuíram de tamanho e, nalguns casos, foram eliminados. Os tumores estavam a regredir.
(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.
O que é importante nesta abordagem é que pode ser personalizada. Podemos adicionar muitas camadas diferentes de siRNA para tratar de diferentes mutações e mecanismos de defesa de tumores. Podemos pôr drogas diferentes no núcleo da nanopartícula. À medida que os médicos aprendam a testar os doentes e compreendam determinados tipos genéticos de tumores, podem ajudar-nos a determinar quais os doentes que podem beneficiar desta estratégia
e quais os bloqueadores genéticos que 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.
O cancro do ovário vibra em mim uma corda especial. É um cancro muito agressivo, em parte porque só se descobre em fases muito tardias, quando está demasiado avançado e há uma série de mutações genéticas. Depois da primeira fase de quimioterapia este cancro regressa em 75% das doentes. Normalmente, regressa numa forma resistente às drogas. O cancro do ovário de alto nível é um dos supervilões á solta. Estamos agora a dirigir a nossa superarma para o derrotar.
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.
Enquanto investigadora, normalmente não trabalho com doentes. Mas, recentemente, encontrei uma mãe sobrevivente dum cancro do ovário. Mimi e a sua filha Paige. Senti-me profundamente inspirada pelo otimismo e força que mãe e filha exibiam e pela sua história de coragem e apoio. Nesta conferência, falámos das diversas tecnologias viradas para o cancro. Mimi estava desfeita em lágrimas quando me explicou que ouvir falar destes esforços lhe dá esperança para as gerações futuras, incluindo a sua filha. Isso comoveu-me. Não se trata apenas de criar uma ciência elegante, trata-se de mudar a vida das pessoas. Trata-se de perceber o poder da engenharia à escala das moléculas.
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.
À medida que estudantes como Paige, avançam nas suas carreiras, vão abrir novas possibilidades na abordagem de alguns dos grandes problemas de saúde mundiais — incluindo o cancro do ovário, os distúrbios neurológicos, as doenças infecciosas — tal como a engenharia química encontrou forma de me abrir algumas portas e me proporcionou uma forma de engenharia à escala mais diminuta, a das moléculas, para curar à escala humana.
Thank you.
Obrigada.
(Applause)
(Aplausos)