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.
En el espacio que ocupaba un transistor, ahora podemos colocar mil millones de ellos. Gracias a eso una computadora del tamaño de una habitación cabe ahora en su bolsillo. Se podría decir que el futuro es pequeño.
As an engineer, I'm inspired by this miniaturization revolution in computers. As a physician, 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.
Como ingeniera, esta revolución de la miniaturización en las computadoras me inspira. Como médica, me pregunto si podríamos usarla para reducir las fatalidades debido a una enfermedad con la mayor tasa de crecimiento en el mundo: el cáncer. Cuando digo esto, lo que la mayoría cree oír es que estamos trabajando en curar el cáncer. Y lo estamos, así es. Resulta que tenemos una oportunidad increíble de salvar vidas gracias a la detección temprana y a la prevención del cáncer.
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?
A nivel mundial, más de dos tercios de las muertes por cáncer son prevenibles mediante los métodos que tenemos hoy a nuestra disposición. Cosas como vacunas, detección temprana y por supuesto, dejar de fumar. Pero incluso con las mejores herramientas y tecnologías actuales no podemos detectar algunos tumores hasta 10 años después de su aparición cuando su número quizás asciende a 50 millones de células cancerosas. ¿Y si tuviéramos mejores tecnologías de detección temprana para estos tipos de cánceres letales cuando todavía podrían ser eliminados o justo antes de que se desarrollen?
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.
Les diré cómo podría la miniaturización llevarnos hasta allí. Aquí se ve el típico microscopio de laboratorio que usan los patólogos para observar una muestra de tejido, para una biopsia o una prueba de Papanicolaou. Este microscopio que vale USD 7000 lo usa alguien con años de especialización para identificar células cancerosas. Esta es una imagen enviada por una colega mía de la Universidad Rice, Rebecca Richards-Kortum. Ella y su equipo han miniaturizado ese microscopio en 10 partes de USD 1 que cabe en el extremo de una fibra óptica y esto significa que en lugar de tomar una muestra de un paciente y enviarlo al microscopio, podemos traer el microscopio al paciente. y en lugar de esperar que un especialista analice las imágenes, una máquina puede distinguir entre células normales y cancerosas.
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.
Ahora bien, esto es importante porque descubrieron al trabajar en comunidades rurales, que incluso cuando se dispone de una unidad móvil de diagnóstico que puede desplazarse para realizar pruebas, juntar muestras y enviarlas a un hospital central para su análisis, que días más tarde, las mujeres a quienes llamaron -- si los resultados de las pruebas fueron negativos -- para pedirles que acudan al hospital, la mitad no se presentó porque no pueden permitirse el viaje. Con un microscopio integrado y el análisis por computador, Rebecca y sus colegas pudieron equipar una unidad móvil configurada para la detección y para tratamiento al mismo tiempo. Eso significa que se puede hacer un diagnóstico y tratar a la vez de modo que nadie quede sin tratamiento.
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.
Esto es solo un ejemplo de cómo la miniaturización puede salvar vidas. Como ingenieros, vemos esto como una simple miniaturización. Se trata de una cosa grande hecha pequeña, pero lo que les dije antes sobre las computadoras es que transforman nuestras vidas cuando son lo suficientemente pequeñas para llevarlas a todas partes. Y ¿cuál es el equivalente de dicha transformación en el campo médico? Bueno, ¿y si tuvieran un detector tan pequeño que pudiera circular por dentro de su cuerpo, encontrar el tumor por sí mismo y enviar una señal al mundo exterior? Suena un poco a ciencia ficción pero, en realidad, la nanotecnología nos permite hacer precisamente eso. La nanotecnología nos permite reducir las partes componentes de un detector -- del grosor de un cabello humano, es decir, 100 micrones -- reducirlas mil veces, hasta los 100 nanómetros. Y eso tiene profundas consecuencias.
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.
Sabemos que a nanoescala, los materiales cambian sus propiedades. Un material como el oro, molido y transformado en polvo, en nanopartículas de oro, cambia su color de dorado a rojo. Un material más exótico como el seleniuro de cadmio -- un cristal de gran tamaño y de color negro -- hace brillar sus nanocristales al ponerlos en un líquido y bajo una fuente de luz: y se ve azul, verde, amarillo, naranja, rojo, todo depende solo de su tamaño. ¡Es increíble! ¿Se imaginan un objeto similar en el mundo macro? Es como si todos los vaqueros de algodón que tienen en su armario pudieran cambiar de color solo por cambiar de talla.
(Laughter)
(Risas)
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.
Como médica, lo interesante para mí es que no solo el color de los materiales es lo que cambia a nanoescala; sino que la manera de viajar por el cuerpo también cambia. Y esta es la observación que usaremos para mejorar la detección tumoral.
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.
Les mostraré lo que quiero decir. Este es un vaso sanguíneo rodeado por un tumor. Inyectaremos nanopartículas en el vaso sanguíneo para observar cómo pasan del sistema circulatorio al tumor ya que muchos de los vasos sanguíneos rodeados por tumores presentan fugas y las nanopartículas pueden filtrarse de la circulación sanguínea en el tumor. La filtración depende de su tamaño. Así pues, en esta imagen, las partículas más pequeñas de color azul, de cientos de nanómetros, se filtran, mientras que las mayores, de color rojo y de unos 500 nanómetros, siguen atrapadas en el torrente sanguíneo. Como ingeniera, esto significa que el tamaño de un material que construyo puede cambiar el lugar de su destino en el cuerpo.
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.
Mi laboratorio diseñó recientemente un detector tumoral tan pequeño que puede viajar dentro del cuerpo para detectar tumores. Lo diseñamos para que oiga una invasión tumoral: la orquesta de señales químicas que los tumores necesitan producir para extenderse. Para que un tumor rompa el tejido donde se forma, tiene que producir químicos llamados enzimas y con ellos abrirse paso a través de los tejidos. Estas nanopartículas están diseñadas para ser activadas por estas enzimas. Una enzima puede activar mil reacciones químicas en una hora. Para un ingeniero, es una proporción de 1:1000, o una forma de amplificación que hace algo ultrasensible. Así que hicimos un detector ultrasensible al cáncer.
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.
Pero ¿cómo hago que esta señal activada se transmita al mundo exterior, donde puedo tomar medidas? Para ello, usaremos una vez más la biología a nanoescala, y esta vez tiene que ver con el riñón. El riñón es un filtro. Su función es filtrar la sangre y eliminar los residuos con la orina. Resulta que lo que el riñón filtra también depende del tamaño. Así pues, en esta imagen, se puede ver cómo todo por debajo de los 5 nanómetros pasa de la sangre, a través del riñón, en la orina, mientras que todo lo demás que es más grande, queda retenido. Así que si hago un detector de cáncer de unos 100 nanómetros, lo inyecto en el torrente sanguíneo, para poder filtrarse en la tumor y activar las enzimas tumorales de modo que liberarán una pequeña señal lo suficientemente pequeña para ser filtrada por el riñón y eliminada con la orina, tendré una señal en el mundo exterior que puedo detectar.
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.
No obstante hay un problema más. Esta es una señal tan diminuta que no sé cómo detectar. Bueno, la señal es solo una molécula. Son moléculas diseñadas por los ingenieros, completamente sintéticas, así que podemos diseñarlas para que sean compatibles con nuestra herramientas. Si queremos usar un instrumento muy sensible y lujoso llamado espectrómetro de masas, entonces diseñamos una molécula que tenga una masa única. O tal vez queremos hacer algo más barato y portátil. Entonces diseñamos moléculas que pueden atraparse en papel, como una prueba de embarazo. De hecho, hay todo un mundo de pruebas de papel disponibles en lo que viene a llamarse el campo de diagnóstico en papel.
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.
Muy bien, ¿a dónde nos lleva todo esto? Lo que estoy a punto de decirles, es un sueño para mí, después de una larga vida de investigación. No puedo decir que sea una promesa; es un sueño, pero creo que todos tenemos que tener sueños para animarnos a seguir adelante, incluso, y quizás sobre todo, los que investigan tumores.
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.
Les diré lo que espero que pase con mi tecnología, y que junto con mi equipo haremos todo lo posible para hacer de esto una realidad. Bien, aquí va: sueño que un día, en lugar de acudir a un centro de diagnóstico caro para una colonoscopía, una mamografía o una prueba de Papanicolaou, se pueda inyectar una vacuna, esperar una hora, y hacerse un análisis de orina en una tira de papel. Me imagino que esto incluso podría ocurrir sin necesidad de una fuente de electricidad constante, o un profesional médico presente. Tal vez podrían estar disponibles para conectarse con la ayuda de un teléfono inteligente.
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.
Sé que esto es un sueño, pero en el laboratorio esto ya funciona con los ratones, y funciona mejor que los métodos existentes para la detección de tumores pulmonares, y cánceres de colon y de ovario. Y espero que un día podamos detectar tumores en pacientes -- antes de que pasen esos 10 años desde su aparición -- en cualquier lugar, en todo el mundo, y que esto lleve a un tratamiento temprano para poder salvar más vidas de las que podamos hoy en día, con la detección disponible.
Thank you.
Gracias.
(Applause)
(Aplausos)