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.
Рак никого не оставляет в стороне, особенно те его виды, которые склонны к рецидивам, инвазивные и устойчивые к препаратам, те, что не поддаются терапии, даже если на борьбу с ними бросают лучшие лекарства. Молекулярная инженерия работает на микроуровне и может стать мощным оружием в борьбе с самыми агрессивными формами рака.
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.
Рак — очень умная болезнь. Существуют формы рака, с которыми мы, к счастью, справляемся относительно хорошо, используя известные и зарекомендовавшие себя препараты. Но некоторые формы рака не реагируют на такое лечение. Опухоль не исчезает или возникает вновь, даже если на неё наступают по всем фронтам.
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.
Об этих агрессивных формах рака можно думать как о суперзлодеях из комиксов. Они умны, легко адаптируются и очень живучи. Как часто бывает в наши дни, своей суперсилой они обязаны генетической мутации. Модифицированные гены в клетках опухоли бывают запрограмированны на новые, ранее не виданные способы выживания, что позволяет раку пережить любые курсы химиотерапии.
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.
Например, гены позволяют клетке, когда она попадает в поле действия препарата, вытолкнуть его, прежде чем он возымеет действие. Представьте, клетка успешно «выплёвывает» лекарство. И это только один из возможных генетических трюков, припасённых суперзлодеем раком. И всё из-за мутировавших генов.
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.
Итак, есть суперзлодей с невероятной суперсилой. А нам нужно новое мощное оружие против него. На самом деле можно отключить этот ген. Секрет в наборе молекул, известных как миРНК: миРНК — это короткие цепочки генетического кода, помогающие клетке заблокировать определённый ген. Каждая молекула миРНК отвечает за «отключение» конкретного гена внутри клетки. Многие годы с момента этого открытия учёные питали надежду использовать блокировку генов в медицине.
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.
Однако есть проблема: миРНК работает внутри клетки, но под воздействием энзимов, находящихся в кровотоке или тканях тела, миРНК распадается за секунды. Её нужно защитить в путешествии по организму, пока она не доберётся до цели, не попадёт в раковую клетку.
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.
Вот наша стратегия: сначала мы накачаем раковую клетку миРНК, блокатором генов, и отключим гены выживания, а затем ударим по ней химиотерапией. Но как это провернуть? Используя молекулярную инженерию, мы можем разработать супероружие, способное передвигаться по кровотоку. Оно должно быть крошечным, чтобы пройти по сосудам, проникнуть в опухоль и внутрь раковой клетки. Чтобы справиться с этим заданием, супероружие должно быть в сто раз меньше человеческого волоса.
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.
Давайте разберём, как можно построить такую наночастицу. Начнём с ядра наночастицы — это крошечная капсула, содержащая химиопрепарат, отраву, убивающую клетки опухоли. Вокруг ядра мы обернём очень тонкий, не толще нанометра, слой миРНК. Это наш блокатор генов. Поскольку миРНК имеет сильный отрицательный заряд, её можно уберечь с помощью защитного слоя положительно заряженного полимера. Две противоположно заряженные молекулы притягиваются друг к другу, что создаёт защитный слой и позволяет миРНК без потерь пройти по кровотоку. Почти готово.
(Laughter)
(Смех)
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.
Но приходится решить ещё одну большую проблему. Возможно, самую большую проблему. Как это супероружие запустить? Любое продвинутое вооружение должно быть направленным. Это супероружие нужно нацелить на суперзлодейские клетки в опухоли.
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.
Однако наши тела имеют естественную иммунную защиту: лейкоциты находятся в крови, вычисляют чужаков, чтобы их уничтожить или устранить. Так вот, наша наночастица считается чужаком. Её нужно провести мимо защитной системы опухоли и мимо защитной системы организма под прикрытием.
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.
Добавляем наночастице ещё один отрицательно заряженный слой. Он служит двум целям. Во-первых, этот внешний слой состоит из имеющих естественный заряд сильно гидрированных полисахаридов, существующих в теле человека. Вокруг наночастицы образуется облако из молекул воды, играющих роль мантии-невидимки. В такой мантии наночастица может путешествовать по кровотоку столько, сколько нужно, чтобы добраться до опухоли и не быть уничтоженной организмом.
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.
Во-вторых, в этом слое есть молекулы, связывающиеся исключительно с клетками опухоли. Как только они встречаются, раковая клетка поглощает наночастицу, и та, оказавшись внутри раковой клетки, готова атаковать.
Alright! I feel the same way. Let's go!
У меня тоже такой настрой. Давай!
(Applause)
(Аплодисменты)
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.
Первой начинает атаку миРНК. Она действует несколько часов, этого достаточно, чтобы заблокировать гены выживания. Итак, генетическую суперсилу мы отключили. Осталась раковая клетка, не имеющая специальной защиты. Затем из ядра наночастицы поступает химиопрепарат и разрушает раковую клетку чётко и эффективно. Если блокаторов генов достаточно, можно справиться со многими различными видами мутаций, что даст шанс начисто и безвовзвратно избавиться от опухолей.
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.
Как же работает наша стратегия? Мы опробовали эти наночастицы на животных с очень агрессивной формой трижды негативного рака груди. При таком виде рака наблюдается ген, мгновенно выталкивающий химиопрепарат из раковой клетки.
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.
Обычно первым против рака груди бросают доксорубицин, или коротко докс. Сначала животные получали только докс. У опухолей снизились темпы роста, но росли они всё равно быстро, за две недели увеличиваясь вдвое.
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.
Затем было использовано супероружие: наночастица с комбинацией миРНК, химии и доксом в ядре. В результате опухоли не только перестали расти, но и уменьшились в размере, а в некоторых случаях даже исчезли. Опухоли действительно отступали.
(Applause)
(Аплодисменты)
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.
Этот подход особенно хорош тем, что может быть персонализирован. Можно добавлять множество разных слоёв миРНК, направленных против конкретных мутаций и раковых защитных механизмов. В ядро наночастицы можно поместить различные лекарства. Врачи повышают уровень диагностики, учатся понимать определённые генетические типы опухолей; так мы узнаём, каким пациентам будет полезна наша стратегия и какие блокаторы генов использовать.
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.
Рак яичников особенно задевает меня за живое. Это очень агрессивный вид рака, к тому же его обнаруживают только на поздних стадиях, когда он уже сильно развит и приобрёл ряд генетических мутаций. После первого курса химиотерапии этот рак возвращается у 75% пациентов. Обычно новая форма устойчива к лекарствам. Развитый рак яичников — один из худших суперзлодеев. Сейчас мы ставим целью уничтожить его своим супероружием.
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.
Как исследователь я обычно не работаю с пациентами. Однако недавно я встретила Мими, пережившую рак яичника, и её дочь Пейдж. Меня по-настоящему вдохновили оптимизм и сила матери и дочери, а также их история смелости и поддержки. На том мероприятии мы говорили о разных технологиях, направленных против рака. Мими не сдержала слёз, когда объясняла, что знание об этих разработках даёт ей надежду на лучшее будущее, в том числе для её дочери. Меня это тронуло. Дело не только в создании элегантной научной теории. Важно, что мы меняем жизни людей, осознаём возможности молекулярной инженерии.
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.
Знаю, что такие студенты, как Пейдж, профессионально развиваясь, откроют новые возможности решения крупнейших медицинских проблем современности, включая рак яичников, неврологические расстройства, инфекционные заболевания, так же, как химическая инженерия дала мне шанс достигать целей на уровне молекул и исцелять всего человека.
Thank you.
Спасибо.
(Applause)
(Аплодисменты)