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 câncer afeta todos nós, especialmente os que sempre retornam, os muito invasivos e os resistentes às drogas, os que resistem ao tratamento médico, mesmo quando usamos nossas melhores drogas. A engenharia em nível molecular, trabalhando na menor das escalas, pode prover novas e excitantes formas para combater os tipos mais agressivos de câncer.
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 câncer é uma doença muito inteligente. Há alguns tipos de câncer, que, por sorte, aprendemos como tratar relativamente bem com drogas conhecidas e eficientes, e cirurgia. Mas há alguns tipos de câncer que não reagem a essas abordagens, e o tumor sobrevive ou ressurge, mesmo depois de um 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 nesses tipos muito agressivos de câncer como supervilões de histórias em quadrinhos. Eles são inteligentes, adaptáveis, e muito bons em permanecer vivos. E, como a maioria dos supervilões hoje em dia, seus superpoderes surgem de uma mutação genética. Os genes que são modificados dentro das células do tumor podem habilitar e codificar novos e inimagináveis modos de sobrevivência, permitindo à célula cancerosa sobreviver a até mesmo nossos melhores tratamentos quimioterápicos.
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.
Um exemplo é um truque no qual um gene permite a uma célula, mesmo quando a droga aborda a célula, expulsar a droga, antes da droga poder ter algum efeito. Imagine: a célula efetivamente cospe a droga. Esse é apenas um exemplo dos muitos truques genéticos na bolsa do nosso supervilão, o câncer, tudo isso devido aos 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.
Então, nós temos um supervilão com superpoderes inacreditáveis, e precisamos de um novo e poderoso modo de ataque. Na verdade, podemos desligar um gene. A chave é um conjunto de moléculas conhecidas como siRNA. As siRNA são sequências pequenas de código genético que guiam uma célula para bloquear um certo gene. Cada molécula siRNA pode desligar um gene específico dentro da célula. Por muitos anos desde sua descoberta, cientistas têm estado muito animados com a possibilidade de aplicar bloqueadores genéticos na 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.
Mas, existe um problema. A siRNA funciona bem dentro da célula. Mas se ficar exposta às enzimas que vivem no nosso sangue ou tecidos, ela se degrada em segundos. Ela tem que ser empacotada, protegida em sua jornada pelo corpo a caminho do alvo final dentro 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.
Então, aqui está nossa estratégia: primeiro, vamos dosar a célula cancerosa com siRNA, o bloqueador de gene, e silenciar os que sobreviverem, e então vencê-lo com uma quimioterapia. Mas como vamos realizar isso? Usando engenharia molecular, podemos na verdade projetar uma superarma que pode atravessar a corrente sanguínea. Tem que ser pequena o bastante para atravessar o sangue, suficientemente pequena para penetrar no tecido do tumor, e pequena o bastante para ser absorvida dentro da célula cancerosa. Para fazer bem esse trabalho, ela tem que ser 100 vezes menor que a espessura de um 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.
Vamos olhar de perto como podemos construir esta nanopartícula. Primeiro, vamos começar com o seu núcleo. É uma cápsula minúscula que contém a droga quimioterápica. Esse é o veneno que vai acabar com a vida da célula do tumor. Em volta desse núcleo, vamos envolver uma muito fina, nanometricamente fina camada de siRNA. Esse é o nosso bloqueador de gene. Porque a siRNA tem uma carga fortemente negativa, podemos protegê-la com uma camada protetora de polímero com carga positiva. As duas moléculas com cargas opostas ficam juntas pela atração das cargas, e isso nos dá uma camada protetora que previne a degradação da siRNA na corrente sanguínea. Estamos quase lá.
(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.
Há mais um grande obstáculo em que temos que pensar. Na verdade, pode ser o maior obstáculo de todos. Como posicionar essa superarma? Digo, toda boa arma precisa ser direcionada, temos que direcionar essa superarma para as células supervilãs que vivem 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 nossos corpos têm um sistema imunológico de defesa natural: as células que vivem no sangue e selecionam os corpos estranhos, para que os destruam ou os eliminem. E adivinhem? Nossa nanopartícula é considerada um objeto estranho. Temos que disfarçá-la perante o sistema de defesa do tumor.. Temos que passá-la por esse mecanismo de se livrar do objeto estranho, disfarçando-a.
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.
Adicionamos mais uma camada com carga negativa ao redor da nanopartícula, o que serve a dois objetivos. Primeiro, essa camada externa é um dos polissacarídeos altamente hidratados, e naturalmente carregados que vivem no nosso corpo. Ela cria uma nuvem de moléculas de água ao redor da nanopartícula que nos dá um efeito de capa de invisibilidade. Essa capa de invisibilidade permite a nanopartícula viajar pelo sangue pelo tempo e distância suficiente para alcançar o 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, essa camada contém moléculas que se ligam especificamente à nossa célula do tumor. Uma vez ligadas, a célula do câncer aceita a nanopartícula, e agora temos nossa nanopartícula dentro da célula do câncer e pronta para o combate.
Alright! I feel the same way. Let's go!
Isso aí! Eu sinto o mesmo que vocês. 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.
A siRNA entra em ação primeiro Ela age por horas, dando tempo suficiente para silenciar e bloquear os genes sobreviventes. Agora nós já desabilitamos os superpoderes genéticos. O que resta é uma célula de câncer sem defesas especiais. Então, a droga quimioterápica sai do núcleo e destrói a célula do tumor pura e eficientemente. Com genes bloqueadores suficientes, podemos abordar vários tipos de mutações diferentes, permitindo a chance de varrer os tumores, sem deixar para trás quaisquer 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.
Então, como funciona nossa estratégia? Nós testamos essas partículas de nanoestrutura em animais usando uma forma muito agressiva de câncer de mama triplo-negativo. Esse câncer de mama triplo-negativo contém o gene que cospe a droga tão logo ela é entregue.
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, a doxorrubicina, vamos chamá-la de "dox", é a droga que se usa primeiro no tratamento de câncer de mama. Então, tratamos nossos animais primeiro com um núcleo de dox, somente dox. O tumor reduziu sua taxa de crescimento, mas ainda cresceu rapidamente, dobrando de tamanho em 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.
Então, tentamos nossa combinação de superarma. Uma partícula de nanocamada com siRNA contra a bomba quimioterápica, e mais, nós temos a dox no núcleo. E veja, descobrimos que os tumores não apenas pararam de crescer, eles realmente diminuíram de tamanho e foram eliminados em alguns casos. Os tumores estavam realmente regredindo.
(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 ótimo nessa abordagem é que pode ser personalizada. Podemos adicionar várias camadas diferentes de siRNA para abordar diferentes mutações e mecanismos de defesa do tumor. E podemos colocar drogas variadas no núcleo da nanopartícula. Uma vez que os médicos aprendam como testar os pacientes e entendam certos tipos genéticos de tumor, podem ajudar a determinar quais pacientes podem se beneficiar dessa estratégia e quais bloqueadores de genes 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 câncer de ovário mexe comigo de uma maneira especial. É um câncer muito agressivo, em parte porque é descoberto em fases muito avançadas, quando está bem desenvolvido e há um número grande de mutações genéticas. Depois da primeira rodada de quimioterapia, esse câncer volta em 75% dos pacientes. E normalmente reaparece numa forma resistente à droga. O câncer de ovário de alto grau é um dos maiores supervilões por aí. E agora estamos apontando nossa superarma para vencê-lo.
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.
Como pesquisadora, normalmente não trabalho com pacientes. Mas recentemente conheci uma mãe que é uma sobrevivente de câncer de ovário, Mimi, e sua filha, Paige. Fui profundamente inspirada pelo otimismo e força que mãe e filha mostraram e pela história delas de coragem e apoio. Naquele evento, falamos sobre as diferentes tecnologias direcionadas ao câncer. E Mimi estava chorando enquanto explicava como aprender sobre esses esforços dava a ela esperança para as gerações futuras, incluindo sua própria filha. Isso realmente me tocou. Não se trata apenas de construir uma ciência realmente elegante. Trata-se de mudar as vidas das pessoas. É sobre entender o poder da engenharia na 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.
Uma vez que estudantes como Paige avancem em suas carreiras, abrirão novas possibilidades de enfrentar alguns dos grandes problemas de saúde do mundo, incluindo câncer de ovário, desordens neurológicas, doenças contagiosas, assim como a engenharia química achou uma forma de abrir portas para mim, e tem provido uma forma de engenharia na menor das escalas, no nível das moléculas, para curar na escala humana.
Thank you.
Obrigada.
(Applause)
(Aplausos)