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.
Тема раку турбує усіх нас - особливо ті його типи, що повертаються знову та знову -- особливо агресивні та стійки до терапії, ті, що ігнорують медичне лікування, навіть коли ми атакуємо їх найкращими медикаментами. Інженерія на молекулярному рівні, що має справу з найменшими частинками, може надати нові захоплюючі методи боротьби з найбільш агресивними формами раку.
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 - дуже розумна хвороба. Є декілька її різновидів, які, на щастя, ми навчилися лікувати відносно добре з використанням відомих та надійних медикаментів та хірургії. Але є деякі форми, не чутливі до традиційного лікування, і пухлина виживає або повертається навіть після потужної атаки ліками.
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.
Ці агресивні форми раку можна собі уявити як суперзлодіїв з книжки коміксів. Вони розумні, вони вміють пристосовуються, і виживати. І, як у більшості суперзлодіїв сьогодення, їхня суперсила походить від генетичних мутацій. Гени, що змінюються всередині клітин пухлини, можуть уможливити та зашифрувати нечувані способи виживання, даючи раку змогу вижити навіть під час найпотужніших хіміотерапій.
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.
Наприклад, трапляється навіть таке, що ген дозволяє клітині, навіть коли ліки дісталися цієї клітини, відштовхнути медикамент до того, як він почне діяти. Уявіть собі - клітина може ефективно відштовхнути ліки. І це лише один приклад із багатьох генетичних витівок, яких повно в кишенях нашого суперзлодія, раку. І все завдяки генам, що мутують.
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.
Тож маємо суперзлодія з неймовіною суперсилою. І маємо винайти новий та потужний метод атаки. Насправді ми можемо вимкнути ген. Ключ до цього - малі інтерферуючі РНК. Малі інтерферуючі РНК - це послідовність генетичного коду, що дає клітині змогу заблокувати певний ген. Кожна мала інтерферуюча РНК молекула може вимкнути певний ген всередині клітини. Впродовж багатьох років після її відкриття вчені наполегливо працюють над тим, як застосувати ці блокатори генів у медицині.
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.
Але є проблема. Мала інтерферуюча РНК гарно працює всередині клітини. Але якщо її застосувати до ферментів, що знаходяться в нашому кровообігу або тканинах, вони руйнуються впродовж секунд. Вони мають бути упаковані, захищені під час подорожі тілом, дорогою до кінцевої точки всередині ракової клітини.
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.
Ось наша стратегія. Спочатку наситити ракову клітину малими інтерферуючими РНК, блокаторами гену, і вимкнути ті гени, що вижили, а тоді винищити її за допомогою хімії. Але як це здійснити? Використовуючи молекулярну інженерію, ми можемо розробити суперзброю, що зможе подорожувати кров’яним потоком. Вона має бути достатньо маленька, аби мати змогу просуватися ним, і достатньо маленька, аби проникнути в тканини пухлини, а звідти в середину ракової клітини. Щоб зробити роботу добре, її розмір має бути 0,01 від розміру людської волосини.
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 розглянемо, як побудовані ці наночастинки. Почнемо з ядра. Це крихітна капсула, що містить хіміотерапевтичні ліки. Саме вони мають остаточно вбити клітину. Це ядро ми загорнемо у дуже тонку, нанометрично тонку ковдру з малих інтерферуючих РНК. Це блокатор гену. Малі інтеферуючі РНК мають сильний негативний заряд, ми можемо захистити їх шаром позитивно зарядженого полімеру. Дві протилежно заряджені молекули тримаються купи завдяки взаємному тяжінню зарядів, і це дає нам захисний шар, що запобігає руйнуванню малих інтерферуючих РНК у кров’яному потоці. Ми майже закінчили.
(Laughter)
(Сміх)
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.
Але є ще більша перешкода, над якою варто замислитися. Насправді, найбільша проблема. Як доправити цю супер зброю? Я маю на увазі, що кожна зброя має мати гарний приціл. Ми маємо її націлити на клітини-злодії, що живуть в середині пухлини.
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.
Але наші тіла мають імунну систему захисту: це клітини, що живуть в кров’яному потоці і виявляють те, чого у ньому не повинно бути, щоби зруйнувати або знешкодити. І знаєте що?! Вони вважають наші наночастинки сторонніми об’єктами. Ми маємо непомітно доставити нано- частинки повз захисну систему пухлини. Маємо оминути механізм відкидання сторонніх об’єктів, маскуючись.
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.
Тож додамо ще один негативно заряджений шар навколо наночастинки, що матиме дві задачі. Перша, це зовнішнє, природньо заряджене покриття складається з високо гідратованих полісахаридів, які також є в тілі людини. Воно створює скупчення молекул води навколо наночастинок, що забезпечує ефект невидимки. А це в свою чергу дає можливість наночастинкам подорожувати кров’яним потоком, аж допоки вони дістануться пухлини, і тіло їх при цьому не знищить.
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.
По-друге, це покриття містить молекули, що зв'язуються з клітиною пухлини. Після зв'язування ракові клітини приймають наночастинки, і тепер вони всередині клітини, готові діяти.
Alright! I feel the same way. Let's go!
Це надзвичайно! Правда?!
(Applause)
(Оплески)
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.
Спочатку діють малі інтерферуючі РНК. Вони діють впродовж багатьох годин, даючи можливість заблокувати гени, що вижили. Тепер ми вимкнули ті генетичні суперсили. Залишилась лише ракова клітина без спеціального захисту. Тоді хіміотерапія вивільняється з ядра і руйнує пухлину охайно та ефективно. З достатньою кількістю блокаторів гену ми можемо дістатися до багатьох різних видів мутацій, даючи шанс видалити пухини, не залишаючи нічого по собі.
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.
Як працює наша стратегія? Ми протестували ці наночастинки на тваринах, на прикладі особливо агресивного раку молочної залози. Цей вид раку виявляє ген, що одразу відштовхує ліки.
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.
Зазвичай, доксорубіцин - нехай буде просто докс - ліки проти раку, це найперша лінія лікування раку грудей. Спочатку ми лікували звірів доксом, лише ним. Пухлини сповільнювали швидкість росту, але все ще росли доволі швидко, збільшувались вдвічі впродовж лише двох тижнів.
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.
Тоді ми спробували комбінацію зі своєю суперзброєю. Частинку з наношарами та малими інтерферуючими РНК, хіміо насос та докс. І виявили, що пухлина не просто перестала рости, вона зменшилася в розмірі і зникла в деяких випадках. Пухлини регресували.
(Applause)
(Оплески)
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.
Цей спосіб лікування можна персоналізувати. Ми можемо додати багато різних шарів малих інтерферуючих РНК, щоб протидіяти різним захисним механізмам пухлин і мутаціям. І помістити різні ліки у ядро. Коли лікарі обстежують пацієнтів та розпізнають певні генетичні типи пухлин, вони можуть допомогти нам зрозуміти, кому саме ми можемо допомогти і які блокатори гену використати.
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.
Мені особливо цікавий рак яєчників. Він надзвичайно агресивний, частково через те, що його виявляють на дуже пізніх стадіях, коли він сильно прогресує і має низку генетичних мутацій. Після першого циклу хіміотерапії він повертається до 75% пацієнтів. І повертається вже стійким до ліків. Високозлоякісний рак яєчників - один із найбільших суперзлодіїв. І ми направляємо свою суперсилу, щоб його знищити.
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.
Як досліднику мені не випадає можливість працювати з пацієнтами. Але нещодавно я зустріла Мімі, матір, яка вижила після раку яєчників, і її доньку Пейдж. Оптимізм і сила, якими були сповнені матір та донька, їхня мужність та підтримка надихнули мене. Під час тієї зустрічі ми розмовляли про різні технології, спрямовані проти раку. І Мімі, зі сльозами на очах, пояснила, як ці зусилля, спрямовані на вивчення хвороби, дають надію для майбутніх поколінь, зокрема її власній доньці. Це мене вразило. Мова йде не тільки про дуже складну науку. Мова про те, як можна змінити людські життя. Розуміння сили інженерії на рівні молекул.
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.
Я знаю, що студенти, такі як Пейдж, просуваються в кар’єрі, відкривають нові можливості, ставлять питання щодо великих проблем в світі, пов’язаних зі здоров’ям, включаючи рак яєчників, неврологічні розлади, інфекційні захворювання - так само, як хімічна інженерія знайшла спосіб відчинити двері для мене і надала можливість спроектувати засіб на рівні молекул, щоби лікувати на рівні людей.
Thank you.
Дякую.
(Applause)
(Оплески)