Στο χώρο που κάποτε χρειαζόταν για να στεγαστεί ένα τρανζίστορ, τώρα χωράνε ένα δισεκατομμύριο. Έτσι, ένας υπολογιστής μεγέθους ενός ολόκληρου δωματίου τώρα χωράει στην τσέπη σας. Μπορεί κανείς να πει ότι το μέλλον είναι μικρό.
In the space that used to house one transistor, we can now fit one billion. That made it so that a computer the size of an entire room now fits in your pocket. You might say the future is small.
Ως μηχανικός, με εμπνέει αυτή η επαναστατική σμίκρυνση στους υπολογιστές. Ως γιατρός,
As an engineer, I'm inspired by this miniaturization revolution in computers. As a physician,
αναρωτιέμαι εάν θα μπορούσαμε να τη χρησιμοποιήσουμε για να μειώσουμε τον αριθμό των ζωών που χάνονται εξαιτίας μίας από τις ταχύτερα αναπτυσσόμενες ασθένειες στη Γη: τον καρκίνο. Όταν το λέω αυτό, οι περισσότεροι με ακούν να λέω ότι εργαζόμαστε για να θεραπεύσουμε τον καρκίνο. Και αυτό κάνουμε. Αλλά απ' ό,τι φαίνεται υπάρχει μια τρομερή ευκαιρία να σώσουμε ζωές μέσω της έγκαιρης διάγνωσης και πρόληψης του καρκίνου.
I wonder whether we could use it to reduce the number of lives lost due to one of the fastest-growing diseases on Earth: cancer. Now when I say that, what most people hear me say is that we're working on curing cancer. And we are. But it turns out that there's an incredible opportunity to save lives through the early detection and prevention of cancer.
Παγκοσμίως, πάνω από τα δύο τρίτα των θανάτων από καρκίνο είναι πλήρως αποτρέψιμοι χρησιμοποιώντας μεθόδους που ήδη υπάρχουν σήμερα. Προληπτικά μέτρα όπως ο εμβολιασμός, ο τακτικός έλεγχος, και φυσικά, η διακοπή του καπνίσματος. Αλλά ακόμα και με τα καλύτερα εργαλεία και τεχνολογίες που υπάρχουν σήμερα, κάποιοι όγκοι δεν μπορούν να ανιχνευτούν παρά μόνο μετά την πάροδο 10 ετών από τη στιγμή που άρχισαν να μεγαλώνουν, όταν υπάρχουν ήδη 50 εκατομμύρια καρκινικά κύτταρα. Εάν όμως είχαμε πιο εξελιγμένες τεχνολογίες για να ανιχνεύσουμε κάποιους από αυτούς τους πιο επικίνδυνους καρκίνους νωρίτερα, όταν ακόμα μπορούν να αφαιρεθούν, όταν ακόμα ξεκινάνε να μεγαλώνουν;
Worldwide, over two-thirds of deaths due to cancer are fully preventable using methods that we already have in hand today. Things like vaccination, timely screening and of course, stopping smoking. But even with the best tools and technologies that we have today, some tumors can't be detected until 10 years after they've started growing, when they are 50 million cancer cells strong. What if we had better technologies to detect some of these more deadly cancers sooner, when they could be removed, when they were just getting started?
Επιτρέψτε μου να σας πω πως η σμίκρυνση μπορεί να μας βοηθήσει σε αυτό. Αυτό είναι ένα μικροσκόπιο σε ένα τυπικό εργαστήριο, που ένας γιατρός θα χρησιμοποιούσε για να κοιτάξει ένα δείγμα ιστού, όπως μία βιοψία ή ένα τεστ-Παπανικολάου. Αυτό το μικροσκόπιο των 7.000 δολαρίων θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί από κάποιον με χρόνια εξειδικευμένης εκπαίδευσης για να ανιχνεύσει καρκινικά κύτταρα. Αυτή είναι μία εικόνα μιας συναδέλφου μου από το Πανεπιστήμιο Ράις, της Ρεμπέκα Ρίτσαρντς Κόρτουμ. Αυτό που έχει κάνει με την ομάδα της είναι να συρρικνώσουν όλο αυτό το μικροσκόπιο σε αυτό το κομμάτι των 10 δολαρίων, το οποίο χωράει στην άκρη μιας οπτικής ίνας. Αυτό σημαίνει ότι αντί να παίρνουμε δείγμα από έναν ασθενή και να το στέλνουμε στο μικροσκόπιο, μπορούμε να φέρουμε το μικροσκόπιο στον ασθενή. Και τότε, αντί να απαιτείται ένας ειδικός να ελέγξει τις εικόνες, μπορούμε να εκπαιδεύσουμε έναν υπολογιστή να διακρίνει υγιή από καρκινικά κύτταρα.
Let me tell you about how miniaturization might get us there. This is a microscope in a typical lab that a pathologist would use for looking at a tissue specimen, like a biopsy or a pap smear. This $7,000 microscope would be used by somebody with years of specialized training to spot cancer cells. This is an image from a colleague of mine at Rice University, Rebecca Richards-Kortum. What she and her team have done is miniaturize that whole microscope into this $10 part, and it fits on the end of an optical fiber. Now what that means is instead of taking a sample from a patient and sending it to the microscope, you can bring the microscope to the patient. And then, instead of requiring a specialist to look at the images, you can train the computer to score normal versus cancerous cells.
Αυτό είναι σημαντικό, διότι έχει διαπιστωθεί πως σε αγροτικές περιοχές, ακόμα και όταν μία φορητή μονάδα ελέγχου μπορεί να πάει σε μία κοινότητα και να συλλέξει δείγματα και να τα στείλει στο κεντρικό νοσοκομείο για ανάλυση, μετά από μερικές μέρες, όταν κάποιες γυναίκες παίρνουν μη φυσιολογικά αποτελέσματα και τους ζητείται να πάνε στο νοσοκομείο, οι μισές δεν πηγαίνουν διότι δεν μπορούν να πληρώσουν το ταξίδι. Με το συνδυασμό μικροσκόπιας και διαγνωστικής ανάλυσης, η Ρεμπέκα και οι συνάδελφοί της έχουν καταφέρει να δημιουργήσουν μια μονάδα που έχει και διαγνωστική και θεραπευτική οργανολογία. Αυτό σημαίνει ότι μπορεί να γίνει διάγνωση και θεραπεία άμεσα, ώστε κανένας ασθενής να μην χάσει τα αποτελέσματα της εξέτασής του.
Now this is important, because what they found working in rural communities, is that even when they have a mobile screening van that can go out into the community and perform exams and collect samples and send them to the central hospital for analysis, that days later, women get a call with an abnormal test result and they're asked to come in. Fully half of them don't turn up because they can't afford the trip. With the integrated microscope and computer analysis, Rebecca and her colleagues have been able to create a van that has both a diagnostic setup and a treatment setup. And what that means is that they can do a diagnosis and perform therapy on the spot, so no one is lost to follow up.
Αυτό είναι απλά ένα παράδειγμα του πως η σμίκρυνση μπορεί να σώσει ζωές. Ως μηχανικοί, αυτό το θεωρούμε ως απευθείας σμίκρυνση. Πήρατε κάτι μεγάλο και το κάνατε μικρό. Αλλά αυτό που σας είπα πριν σχετικά με τους υπολογιστές είναι ότι μεταμόρφωσαν τη ζωή μας όταν έγιναν αρκετά μικροί, ώστε να μπορούμε να τους παίρνουμε μαζί μας παντού. Ποιο είναι λοιπόν το μεταμορφωσιακό ισοδύναμο αυτού στην ιατρική; Πώς θα ήταν αν είχατε έναν ανιχνευτή τόσο μικρό που να μπορεί να κυκλοφορεί στο σώμα σας, να βρίσκει τον όγκο από μόνο του και να στέλνει ένα σήμα στον έξω κόσμο; Ακούγεται λίγο σαν επιστημονική φαντασία. Αλλά στην πραγματικότητα, η νανοτεχνολογία μας επιτρέπει να το κάνουμε αυτό. Η νανοτεχνολογία μας επιτρέπει να συρρικνώσουμε τα τμήματα που αποτελούν έναν ανιχνευτή από το πλάτος μιας ανθρώπινης τρίχας, που είναι 100 μικρόμετρα, έως και χίλιες φορές λιγότερο, που είναι 100 νανόμετρα. Και αυτό έχει ριζικές συνέπειες.
That's just one example of how miniaturization can save lives. Now as engineers, we think of this as straight-up miniaturization. You took a big thing and you made it little. But what I told you before about computers was that they transformed our lives when they became small enough for us to take them everywhere. So what is the transformational equivalent like that in medicine? Well, what if you had a detector that was so small that it could circulate in your body, find the tumor all by itself and send a signal to the outside world? It sounds a little bit like science fiction. But actually, nanotechnology allows us to do just that. Nanotechnology allows us to shrink the parts that make up the detector from the width of a human hair, which is 100 microns, to a thousand times smaller, which is 100 nanometers. And that has profound implications.
Αποδεικνύεται ότι τα υλικά αλλάζουν τις ιδιότητές τους στη νανοκλίμακα. Παίρνετε ένα κοινό υλικό, όπως ο χρυσός, και το αλέθετε σε σκόνη, σε νανοσωματίδια χρυσού και αλλάζει χρώμα από χρυσό σε κόκκινο. Εάν πάρετε ένα πιο εξωτικό υλικό, όπως σεληνιούχο κάδμιο -το οποίο σχηματίζει έναν μεγάλο, μαύρο κρύσταλλο- και φτιάξετε νανοκρυστάλλους από αυτό το υλικό και τους βάλετε σε ένα υγρό, και ρίξετε φως πάνω τους, φέγγουν. Και φέγγουν σε μπλε, πράσινο, κίτρινο, πορτοκαλί, κόκκινο, ανάλογα με το μέγεθός τους. Είναι τρελό! Μπορείτε να φανταστείτε ένα τέτοιο αντικείμενο στον μακρόκοσμο; Θα ήταν σαν να είναι όλα τα τζην στην ντουλάπα σας από βαμβάκι, αλλά διαφορετικού χρώματος, ανάλογα μόνο με το μέγεθός τους.
It turns out that materials actually change their properties at the nanoscale. You take a common material like gold, and you grind it into dust, into gold nanoparticles, and it changes from looking gold to looking red. If you take a more exotic material like cadmium selenide -- forms a big, black crystal -- if you make nanocrystals out of this material and you put it in a liquid, and you shine light on it, they glow. And they glow blue, green, yellow, orange, red, depending only on their size. It's wild! Can you imagine an object like that in the macro world? It would be like all the denim jeans in your closet are all made of cotton, but they are different colors depending only on their size.
(Γέλια)
(Laughter)
Ως γιατρός, κάτι που μου είναι εξίσου ενδιαφέρον είναι το γεγονός ότι όχι μόνο το χρώμα των υλικών αλλάζει στη νανοκλίμακα, αλλά και ο τρόπος που ταξιδεύουν στο σώμα μας επίσης αλλάζει. Και αυτού του είδους τις παρατηρήσεις θα χρησιμοποιήσουμε για να φτιάξουμε έναν καλύτερο ανιχνευτή καρκίνου.
So as a physician, what's just as interesting to me is that it's not just the color of materials that changes at the nanoscale; the way they travel in your body also changes. And this is the kind of observation that we're going to use to make a better cancer detector.
Επιτρέψτε μου να σας δείξω τι εννοώ. Αυτό είναι ένα αιμοφόρο αγγείο στο σώμα. Το αγγείο το περιβάλλει ο όγκος. Θα ενέσουμε νανοσωματίδια στο αγγείο και θα παρακολουθήσουμε πώς ταξιδεύουν από την κυκλοφορία του αίματος στον όγκο. Αποδεικνύεται ότι τα αγγεία πολλών ειδών όγκων έχουν διαρροές, και άρα νανοσωματίδια μπορούν να διαρρεύσουν από το αίμα στον όγκο. Εάν θα διαρρεύσουν εξαρτάται από το μέγεθός τους. Σε αυτή την εικόνα, τα μικρότερα, των 100 νανομέτρων, μπλε νανοσωματίδια διαρρέουν, και τα μεγαλύτερα, των 500 νανομέτρων, κόκκινα νανοσωματίδια παραμένουν στην κυκλοφορία του αίματος. Αυτό σημαίνει πως ως μηχανικός, ανάλογα με το πόσο μικρό ή μεγάλο φτιάχνω ένα υλικό, μπορώ να καθορίσω που θα πάει στο σώμα.
So let me show you what I mean. This is a blood vessel in the body. Surrounding the blood vessel is a tumor. We're going to inject nanoparticles into the blood vessel and watch how they travel from the bloodstream into the tumor. Now it turns out that the blood vessels of many tumors are leaky, and so nanoparticles can leak out from the bloodstream into the tumor. Whether they leak out depends on their size. So in this image, the smaller, hundred-nanometer, blue nanoparticles are leaking out, and the larger, 500-nanometer, red nanoparticles are stuck in the bloodstream. So that means as an engineer, depending on how big or small I make a material, I can change where it goes in your body.
Στο εργαστήριό μου, πρόσφατα δημιουργήσαμε ένα νανοανιχνευτή καρκίνου τόσο μικρό που μπορεί να ταξιδέψει στο σώμα και να ψάξει για όγκους. Το σχεδιάσαμε έτσι ώστε να αναζητά τη διείσδυση του καρκίνου: την ορχήστρα των χημικών σημάτων που χρειάζεται να κάνουν οι όγκοι για να εξαπλωθούν. Για να ελευθερωθεί ο όγκος από τον ιστό στον οποίο γεννιέται, πρέπει να φτιάξει χημικά που ονομάζονται ένζυμα για να διαπεράσει τον ιστό. Σχεδιάσαμε αυτά τα νανοσωματίδια ώστε να ενεργοποιούνται από αυτά τα ένζυμα. Ένα ένζυμο μπορεί να ενεργοποιήσει χίλιες τέτοιες χημικές αντιδράσεις σε μία ώρα. Στη μηχανική, αυτό το αποκαλούμε λόγο 1 προς 1000 μιας μορφής ενίσχυσης, και κάνει κάτι εξαιρετικά ευαίσθητο. Έχουμε φτιάξει λοιπόν έναν εξαιρετικά ευαίσθητο ανιχνευτή καρκίνου.
In my lab, we recently made a cancer nanodetector that is so small that it could travel into the body and look for tumors. We designed it to listen for tumor invasion: the orchestra of chemical signals that tumors need to make to spread. For a tumor to break out of the tissue that it's born in, it has to make chemicals called enzymes to chew through the scaffolding of tissues. We designed these nanoparticles to be activated by these enzymes. One enzyme can activate a thousand of these chemical reactions in an hour. Now in engineering, we call that one-to-a-thousand ratio a form of amplification, and it makes something ultrasensitive. So we've made an ultrasensitive cancer detector.
Ωραία, αλλά πώς βγάζω αυτό το ενεργοποιημένο σήμα στον εξωτερικό κόσμο, όπου μπορώ να δράσω πάνω σε αυτό; Γι' αυτό θα χρησιμοποιήσουμε άλλο ένα κομμάτι βιολογικής νανοτεχνολογίας, που έχει να κάνει με το νεφρό. Το νεφρό είναι ένα φίλτρο. Η δουλειά του είναι να φιλτράρει το αίμα και να αποθέτει τα παραπροϊόντα στα ούρα. Αποδεικνύεται πως ό,τι φιλτράρει το νεφρό εξαρτάται και αυτό από το μέγεθος. Σε αυτή λοιπόν την εικόνα, αυτό που μπορείτε να δείτε είναι πως οτιδήποτε μικρότερο των 5 νανομέτρων έρχεται από το αίμα, μέσω του νεφρού, στα ούρα, και οτιδήποτε μεγαλύτερο συγκρατείται. Εάν λοιπόν φτιάξω έναν ανιχνευτή καρκίνου των 100-νανομέτρων, τον ενέσω στην κυκλοφορία του αίματος, μπορεί να διαρρεύσει στον όγκο όπου ενεργοποιείται από τα ένζυμα του όγκου για να στείλει ένα μικρό σήμα που να είναι αρκετά μικρό ώστε να διαπεράσει το νεφρό και να εναποτεθεί στα ούρα, έχω ένα σήμα στον εξωτερικό κόσμο που μπορώ να ανιχνεύσω.
OK, but how do I get this activated signal to the outside world, where I can act on it? For this, we're going to use one more piece of nanoscale biology, and that has to do with the kidney. The kidney is a filter. Its job is to filter out the blood and put waste into the urine. It turns out that what the kidney filters is also dependent on size. So in this image, what you can see is that everything smaller than five nanometers is going from the blood, through the kidney, into the urine, and everything else that's bigger is retained. OK, so if I make a 100-nanometer cancer detector, I inject it in the bloodstream, it can leak into the tumor where it's activated by tumor enzymes to release a small signal that is small enough to be filtered out of the kidney and put into the urine, I have a signal in the outside world that I can detect.
Υπάρχει όμως άλλο ένα πρόβλημα. Αυτό είναι ένα μικροσκοπικό σήμα, πώς λοιπόν το ανιχνεύω; Το σήμα είναι απλά ένα μόριο. Είναι μόρια που σχεδιάσαμε ως μηχανικοί. Είναι πλήρως συνθετικά, και μπορούμε να τα σχεδιάσουμε ώστε να είναι συμβατά με το εργαλείο της επιλογής μας. Εάν θέλουμε να χρησιμοποιήσουμε ένα ευαίσθητο, εντυπωσιακό όργανο το οποίο λέγεται φασματόμετρο μάζας, τότε μπορούμε να φτιάξουμε ένα μόριο μοναδικής μάζας. Ή ίσως να θέλουμε να φτιάξουμε κάτι πιο φτηνό και φορητό. Τότε φτιάχνουμε μόρια που μπορούμε να παγιδεύσουμε σε χαρτί, όπως σε ένα τεστ εγκυμοσύνης. Στην πραγματικότητα, υπάρχει ένας ολόκληρος κόσμος από εξετάσεις με τη χρήση χαρτιού όπου γίνονται διαθέσιμα σε έναν κλάδο που ονομάζεται χαρτοδιαγνωστική.
OK, but there's one more problem. This is a tiny little signal, so how do I detect it? Well, the signal is just a molecule. They're molecules that we designed as engineers. They're completely synthetic, and we can design them so they are compatible with our tool of choice. If we want to use a really sensitive, fancy instrument called a mass spectrometer, then we make a molecule with a unique mass. Or maybe we want make something that's more inexpensive and portable. Then we make molecules that we can trap on paper, like a pregnancy test. In fact, there's a whole world of paper tests that are becoming available in a field called paper diagnostics.
Ωραία, που πάμε με αυτό; Το επόμενο που θα σας πω, ως δια βίου ερευνήτρια, αντιπροσωπεύει ένα όνειρό μου. Δεν μπορώ να πω ότι είναι μια υπόσχεση, είναι ένα όνειρο. Αλλά πιστεύω πως όλοι μας πρέπει να έχουμε όνειρα να μας ωθούν μπροστά, ακόμα και -ή ίσως ειδικά- οι ερευνητές καρκίνου.
Alright, where are we going with this? What I'm going to tell you next, as a lifelong researcher, represents a dream of mine. I can't say that's it's a promise; it's a dream. But I think we all have to have dreams to keep us pushing forward, even -- and maybe especially -- cancer researchers.
Θα σας πω τι εύχομαι να γίνει με την τεχνολογία μου, για το οποίο η ομάδα μου κι εγώ θα βάλουμε τα δυνατά μας για να γίνει πραγματικότητα. Ορίστε λοιπόν. Ονειρεύομαι μία μέρα, αντί κάποιος να πηγαίνει σε ένα ακριβό εξεταστικό κέντρο για να κάνει μια κολονοσκόπηση, ή μια μαστογραφία, ή ένα τεστ-Παπανικολάου, να κάνει μία ένεση, να περιμένει μία ώρα, και να κάνει μία εξέταση ούρων σε μια λωρίδα χαρτί. Φαντάζομαι πως αυτό θα μπορούσε να γίνει και χωρίς την ανάγκη για σταθερή ηλεκτροδότηση, ή ένα γιατρό στο δωμάτιο. Θα μπορούσε να είναι μακριά και να συνδεθεί μόνο μέσω εικόνας από ένα έξυπνο κινητό.
I'm going to tell you what I hope will happen with my technology, that my team and I will put our hearts and souls into making a reality. OK, here goes. I dream that one day, instead of going into an expensive screening facility to get a colonoscopy, or a mammogram, or a pap smear, that you could get a shot, wait an hour, and do a urine test on a paper strip. I imagine that this could even happen without the need for steady electricity, or a medical professional in the room. Maybe they could be far away and connected only by the image on a smartphone.
Ξέρω πως ακούγεται σαν ένα όνειρο, αλλά στο εργαστήριο αυτό το έχουμε ήδη καταφερεί σε ποντίκια, όπου δουλεύει καλύτερα από τις υπάρχουσες μεθόδους για την ανίχνευση καρκίνου του πνεύμονα, του εντέρου και των ωοθηκών. Και εύχομαι πως αυτό σημαίνει ότι μία μέρα θα μπορούμε να ανιχνεύουμε όγκους σε ασθενείς λιγότερο από δέκα χρόνια από τη στιγμή που άρχισαν να μεγαλώνουν, σε οποιαδήποτε κοινωνική τάξη, σε όλο τον κόσμο, και ότι αυτό θα οδηγήσει σε θεραπεία νωρίτερα, και ότι θα μπορούμε να σώσουμε περισσότερες ζωές από ότι σήμερα, με την έγκαιρη ανίχνευση.
Now I know this sounds like a dream, but in the lab we already have this working in mice, where it works better than existing methods for the detection of lung, colon and ovarian cancer. And I hope that what this means is that one day we can detect tumors in patients sooner than 10 years after they've started growing, in all walks of life, all around the globe, and that this would lead to earlier treatments, and that we could save more lives than we can today, with early detection.
Σας ευχαριστώ.
Thank you.
(Χειροκρότημα)
(Applause)