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.
Cancerul ne afectează pe toți -- mai ales tipurile care revin, cele profund invazive și rezistente la medicamente, cele care sfidează tratamentele medicale, chiar dacă le atacăm cu cele mai bune medicamente. Ingineria la nivel molecular, care lucrează la scara cea mai mică, poate furniza noi moduri de luptă împotriva celor mai agresive forme de cancer.
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.
Cancerul e o boală foarte deșteaptă. Sunt unele forme de cancer pe care, din fericire, am învățat să le abordăm eficient cu medicamente și chirurgie cunoscute și consacrate. Dar sunt unele forme de cancer care nu răspund la aceste abordări, iar tumoarea supraviețuiește sau revine chiar și după o 'ofensivă' medicamentoasă.
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.
Ne putem gândi la aceste forme agresive de cancer ca la un fel de răufăcători din benzile desenate. Sunt isteți, sunt adaptabili și sunt experţi în supravieţuire. Ca mai toți răufăcătorii din ziua de azi, superputerile lor provin dintr-o mutație genetică. Genele modificate în interiorul acestor celule tumorale pot activa și codifica moduri de supraviețuire noi, neimaginate, care permit celulei canceroase să supraviețuiască chiar și celor mai bune tratamente de chimioterapie.
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.
De exemplu, un truc prin care o genă permite unei celule, chiar când medicamentul atacă celula, să respingă medicamentul înainte ca el să aibă vreun efect. Imaginați-vă: practic, celula scuipă medicamentul. Acesta e doar un exemplu din numeroasele trucuri genetice din mâna răufăcătorului nostru, cancerul. Totul datorită genelor mutante.
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.
Deci avem un răufăcător cu superputeri incredibile. Ne trebuie un plan de atac nou și puternic. De fapt, putem bloca o genă. Cheia este un set de molecule, cunoscut ca siARN. siARN sunt secvențe scurte de cod genetic care ghidează o celulă să blocheze o anumită genă. Fiecare moleculă siARN poate închide o anumită genă în interiorul celulei. Mulți ani de la descoperirea acesteia, oamenii de știință au fost entuziasmați de aplicarea în medicină a acestor blocanți ai genelor.
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.
Dar există o problemă. siARN funcționează bine înăuntrul celulei. Dar dacă este expus la enzimele din sângele sau țesuturile noastre, se degradează în câteva secunde. Trebuie să fie împachetat, protejat în călătoria lui prin corp spre ținta finală din interiorul celulei canceroase.
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.
Iată strategia noastră. Întâi vom pune în celula canceroasă o doză de siARN, care blochează gena, vom înăbuși genele supraviețuitoare și o vom ataca cu un medicament chimioterapeutic. Dar cum facem asta? Folosind ingineria moleculară, putem crea o super-armă care poate călători prin sânge. Trebuie să fie destul de mică să se poată strecura în sânge, să penetreze țesutul tumoral și să fie înghițită de celula canceroasă. Pentru a reuși, trebuie să fie de 100 de ori mai mică decât un fir de păr uman.
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.
Să privim îndeaproape cum putem construi această nanoparticulă. Să începem întâi cu nucleul nanoparticulei. Este o capsulă mică ce conține medicamentul chimioterapeutic. Acesta e otrava care va curma viața celulei canceroase. În jurul miezului vom înfășura șirul de siARN, subțire, de dimensiuni nanometrice. Acesta e inhibitorul de gene. Deoarece siARN are o puternică încărcătură negativă, îl putem proteja cu un strat protector de polimer încărcat pozitiv. Cele două molecule cu încărcături opuse sunt unite de forța electrostatică, astfel asigurându-se un strat protector care împiedică degradarea siARN-ului în sânge. Suntem aproape gata.
(Laughter)
(Râsete)
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.
Dar mai există un mare obstacol ce trebuie luat în considerare. De fapt, poate e cel mai mare obstacol. Cum folosim această super-armă? Orice armă bună trebuie să aibă o țintă, trebuie să țintim celulele răufăcătoare din tumoare.
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.
Dar corpurile noastre au un sistem imunitar natural: celulele din sânge care culeg intruşii pentru a-i distruge sau elimina. Și ce să vezi! Nanoparticula noastră e considerată un corp străin. Trebuie să furișăm nanoparticula dincolo de sistemul de apărare al tumorii. Trebuie să o trecem dincolo de acest mecanism care elimină corpurile străine, camuflând-o.
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.
Așa că mai adăugăm un strat cu încărcătură negativă în jurul nanoparticulei, care îndeplinește două funcții. Prima: acest strat exterior e unul din polizaharidele din corpul nostru care sunt încărcate natural și sunt foarte hidratate. Creează un nor de molecule de apă în jurul nanoparticulei care acționează ca o pelerină invizibilă. Această pelerină invizibilă permite nanoparticulei să călătorească prin sânge îndeajuns de mult și de departe ca să ajungă la tumoare fără să fie eliminată de corp.
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.
A doua: acest strat conține molecule care aderă perfect la celula tumorală. Odată fixată, celula canceroasă asimilează nanoparticula, iar acum nanoparticula se află înăuntrul celulei canceroase și e gata să acționeze.
Alright! I feel the same way. Let's go!
Super! Așa simt și eu. Să mergem!
(Applause)
(Aplauze)
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.
siARN-ul este lansat primul. Acționează câteva ore, lăsând destul timp pentru înăbuşirea și blocarea genelor supraviețuitoare. Acum am dezactivat superputerile genetice. Mai rămâne doar o celulă canceroasă fără mijloace de apărare. În continuare, medicamentul chimioterapeutic iese din miez și distruge celula tumorală curat și eficient. Cu suficiente inhibitoare pentru gene, putem aborda multe tipuri diferite de mutații, permițând îndepărtarea tumorii fără a lăsa nicio urmă.
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.
Deci cum funcționează strategia noastră? Am testat aceste particule de nanostructuri pe animale folosind o formă foarte agresivă de cancer de sân triplu negativ. Această formă de cancer prezintă gena care scuipă medicamentul pentru cancer de îndată ce este administrat.
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.
De obicei, doxorubicin -- să-i spunem „dox” -- e medicamentul pentru cancer din tratamentele principale pentru cancerul de sân. Așadar, am tratat întâi animalele cu o esență de dox, doar dox. Creșterea tumorii a încetinit, dar tot creștea rapid, dublându-și dimensiunea în două săptămâni.
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.
Apoi am încercat combinația cu super-arma noastră. O particulă din nanostrat cu siARN atașată pompei de chimioterapie, iar în miez se află dox. Iată -- am descoperit nu doar că tumorile au încetat să crească, ci chiar s-au micșorat și au fost eliminate în unele cazuri. Tumorile chiar regresau.
(Applause)
(Aplauze)
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.
Partea extraordinară a acestei abordări e că poate fi personalizată. Putem adăuga multe straturi diferite de siARN pentru a aborda diferite mutații și mecanisme de apărare ale tumorii. Putem să punem medicamente diferite în miezul nanoparticulei. Medicii învață cum să testeze pacienți și să înțeleagă anumite tipuri genetice de tumori, ceea ce ne ajută să determinăm ce pacienți pot beneficia de această strategie și ce blocaje pentru gene putem folosi.
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.
Cancerul ovarian mă preocupă în mod special. E o formă foarte agresivă de cancer, în parte deoarece e descoperit în stadii foarte avansate, în care există mai multe mutații genetice. După prima serie de chimioterapie, acest cancer revine la 75% dintre paciente. De obicei revine într-o formă rezistentă la medicamente. Cancerul ovarian în fază avansată e unul din cei mai mari răufăcători. Acum ne îndreptăm super-arma spre nimicirea lui.
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.
Ca și cercetător, de obicei nu ajung să lucrez cu pacienții. Dar de curând am cunoscut o mamă care a supraviețuit cancerului ovarian, Mimi, și pe fiica ei, Paige. Am fost profund inspirată de optimismul și forța demonstrate de mamă și fiică și de povestea lor despre curaj și sprijin. La acest eveniment am vorbit despre diferitele tehnologii care abordează cancerul. Mimi plângea explicându-ne că faptul că a aflat despre aceste eforturi îi dă speranță pentru generațiile viitoare, inclusiv pentru fiica ei. Asta m-a impresionat. Nu e vorba doar despre progresul științific elegant. E vorba despre schimbarea vieților oamenilor. Despre înțelegerea puterii ingineriei la scară moleculară.
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.
Știu că pe măsură ce studenți ca Paige avansează în cariera lor, vor crea noi posibilități de abordare a unora dintre marile probleme de sănătate din lume -- inclusiv cancer ovarian, tulburări neurologice, boli infecțioase -- la fel cum ingineria chimică a reușit să-mi deschidă uși și a oferit o cale de inginerie la cea mai mică scară, cea a moleculelor, pentru vindecarea la scară umană.
Thank you.
Mulțumesc.
(Applause)
(Aplauze)