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.
در فضایی که برای یک ترانزیستور لازم بود، حالا میتوانیم یک میلیارد جا دهیم. همین باعث شده که کامپیوتری که به اندازه یک اتاق بزرگ بود حالا در جیب شما جا میشود. ممکن است بگویید آینده کوچک است.
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.
به عنوان یک مهندس، من از این انقلاب کوچک سازی در کامپیوترها الهام میگیرم. به عنوان یک پزشک، کنجکاوم بدانم آیا میتوان از آن برای کاهش تعداد قربانیان در حال رشدترین بیماری روی زمین راهی یافت: سرطان. حالا که این را میگویم، اکثر مردم میشنوند که ما داریم روی درمان سرطان کار میکنیم. و همین طور هم هست. اما مشخص شده است که فرصتی شگفتانگیز برای نجات زندگیهای بسیاری از طریق تشخیص زود هنگام و جلوگیری از سرطان وجود دارد.
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?
در سطح جهانی بیش از دو سوم مرگ و میر به دلیل سرطان با استفاده از روشهایی که همین امروز هم در اختیار ما است، کاملا قابل پیش گیری هستند. چیزهایی مثل واکسیناسیون، بررسی منظم و البته ترک سیگار. اما حتی با بهترین ابزارها و فناوری امروزی هم بعضی تومورها را نمیتوان تشخیص داد مگر اینکه ۱۰ سال از رشد آنها گذشته باشد، وقتی که ۵۰ میلیون سلول سرطانی قدرتمند به وجود آمده است. چه میشد اگر فناوری بهتری داشتیم تا بعضی از این سرطانهای کشنده را زودتر تشخیص دهیم، زمانی که میتوان آنها را از بین برد، وقتی که تازه در حال شکل گرفتن هستند؟
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.
اجازه بدهید توضیح دهم چطور کوچک سازی، ما را به آنجا خواهد رساند. این یک میکروسکوپ در آزمایشگاهی معمولی است که یک آسیب شناس با آن به نمونه بافت نگاه میکند، مثل نمونه برداری از بافت زنده یا نمونه دهانه رحم. این میکروسکوپ ۷٫۰۰۰ دلاری توسط فردی با سالها آموزش تخصصی مورد استفاده قرار میگیرد تا سلولهای سرطانی را تشخیص دهد. این تصویر ساخته یکی از همکارانم در دانشگاه رایس است، ربکا ریچاردز- کورتوم. کاری که او و گروهش انجام دادند کوچک سازی آن میکروسکوپ بزرگ به این قطعه ۱۰ دلاری بود، و این روی انتهای یک فیبر نوری جا میشود. حالا این یعنی به جای نمونه برداری از بیمار و فرستادن آن زیر میکروسکوپ، میتوانید میکروسکوپ را پیش بیمار بیاورید. و سپس به جای نیاز به متخصص برای مشاهده عکسها، میتوانید به کامپیوتر بیاموزید تا سلولهای سالم را از سرطانی تشخیص دهد.
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.
حالا این مهم است، چون آنها با کار در جوامع روستایی متوجه شدند، که هرچند یک خودرو آزمایش متحرک دارند که میتواند به آن جوامع وارد شود و آزمایشها را انجام دهد و نمونهها را جمع آوری کند و آنها را برای تحلیل به بیمارستان مرکزی بفرستد، اما چند روز بعد، خانمهایی که یک تماس برای باخبر شدن از جواب غیرعادی آزمایش دریافت میکنند و از آنها خواسته میشود که حضوراً مراجعه کنند. نصف بیشتر آنها پیدایشان نمیشود چون از پس مخارج سفر بر نمیآیند. با میکروسکوپ کوچک شده و تحلیل کامپیوتری، ربکا و همکارانش موفق به ساخت خودرویی شدند که علاوه بر تجهیزات تشخیص تجهیرات درمان را هم دارد. و این یعنی آنها میتوانند تشخیص را انجام دهند و درمان را در محل ارائه کنند، در نتیجه هیچ کس جا نخواهد ماند.
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.
این تنها مثالی است از اینکه چطور کوچک سازی باعث نجات جانها میشود. حالا به عنوان مهندس، ما به این به عنوان کوچک سازی حقیقی نگاه میکنیم. چیز بزرگی را برمیدارید و آن را کوچک میکنید. اما چیزی که درباره کامپیوترها به شما گفتم این بود که وقتی به اندازهای کوچک شدند که میشد آنها را همه جا با خود برد، زندگی ما را تغییر دادند. بنابراین تحول معادل آن در پزشکی چه خواهد بود؟ خوب، چه میشد اگر یک ردیاب داشتیم که آن قدر کوچک بود که در بدن شما حرکت میکرد، و خودش تومور را پیدا میکرد و بعد علامتی به دنیای خارج میفرستاد؟ کمی شبیه داستانهای علمی تخیلی است. اما در واقع، نانو تکنولوژی به ما این امکان را داده است. فناوری نانو به ما این امکان را داده است تا ابعاد قطعه حاوی ردیاب را از ضخامت موی انسان یعنی ۱۰۰ میکرون، هزار بار کوچکتر کنیم یعنی ۱۰۰ نانومتر. و این پیامدهای عمیقی دارد.
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.
مشخص شده است که خواص مواد واقعا در ابعاد نانو تغییر میکنند. ماده عادی مثل طلا را در نظر بگیرید، وقتی آن را به شکل غبار خرد کنیم، و به ذرات نانو تبدیل کنیم، رنگ آن از طلایی به قرمز تغییر میکند. اگر مادهای عجیب تر مثل سلنید کادمیوم را بردارید -- به شکل یک بلور بزرگ و سیاه است -- اگر آن را به کریستالهای نانو تبدیل کنید و آن را در یک مایع قرار دهید، و به آن نور بتابانید، درخشان میشوند. و نور آبی، سبز، زرد، نارنجی و قرمز ساطع میکنند که تنها به ابعاد ذرات آن بستگی دارد. عجیب است! میتوانید چیزی مثل آن را در دنیای ابعاد ماکرو تصور کنید؟ مثل این است که تمام شلوارهای جین شما در کمدتان نخی باشند، اما رنگ آنها فقط با تغییر اندازهشان تغییر کند.
(Laughter)
(خنده)
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.
خوب به عنوان یک پزشک، چیزی که همین قدر برای من جالب است فقط رنگ مواد نیست که در ابعاد نانو تغییر میکند؛ بلکه طرز حرکت آنها در بدن شما هم تغییر میکند. و این گونهای از مشاهده است که ما برای ساختن ردیاب بهتر سرطان میخواهیم از آن استفاده کنیم.
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.
خوب اجازه بدهید نشان دهم که منظورم چیست. این یک شریان خون در بدن است. اطراف این شریان یک تومور قرار دارد. میخواهیم ذرات نانو را به شریان تزریق کنیم و ببینیم چطور از رگ به درون تومور نفوذ میکنند. اکنون مشخص شده است که رگهای خیلی از تومورها نشتی دارند، پس ذرات نانو میتوانند از جریان خون به درون تومور نفوذ کنند. اینکه به بیرون نشت کنند یا نه به اندازه آنها بستگی دارد. خوب در این عکس، ذرات کوچکتر صد نانومتری، با رنگ آبی در حال نشت کردن هستند، و ذرات بزرگتر ۵۰۰ نانومتری، با رنگ قرمز در جریان خون گیر افتادهاند. خوب به عنوان یک مهندس این یعنی با توجه به اینکه چقدر یک ذره را کوچک کنیم، من میتوانم مقصد آن را در بدن شما تغییر دهم.
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.
در آزمایشگاه من، ما به تازگی یک ردیاب سرطان نانو ساختهایم که به اندازهای کوچک است که میتواند در بدن به جستجوی تومور بپردازد. آن را برای گوش کردن به تهاجم تومور طراحی کردهایم: ارکستری از سیگنالهای شیمیایی که تومورها برای انتشار خود تولید میکنند. برای اینکه یک تومور بتواند از بافتی که در آن به وجود آمده خارج شود باید مواد شیمیایی به نام آنزیم تولید کند تا به جدار خارجی بافتها نفوذ کند. ما این ذرات نانو را طوری طراحی کردهایم که با این آنزیمها فعال میشوند. یک آنزیم میتواند هزارتا از این واکنشهای شیمیایی را در یک ساعت فعال کند. حالا در مهندسی، ما به آن میگوییم گونهای از تشدید با نسبت یک به هزار، و این چیزی فوق حساس را به وجود میآورد. خوب پس ما یک ردیاب سرطان فوق حساس ساختهایم.
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.
خیلی خوب، اما حالا چطور این سیگنال فعال شده را به دنیای خارج بفرستیم، جایی که بتوانیم بر اساس آن عمل کنیم؟ برای این کار، گونه دیگری از زیست شناسی نانو را مورد استفاده قرار میدهیم، و این مربوط به کلیه خواهد بود. کلیه یک صافی است. کار آن تصفیه خون و قرار دادن ضایعات در ادرار است. مشخص شده است که آنچه کلیه تصفیه میکند وابسته به اندازه هم هست. خوب در این عکس، چیزی که میتوانید ببینید این است که هر چیزی کوچکتر از پنج نانومتر از خون خارج میشود و از طریق کلیه به ادرار وارد میشود، و همه چیزهای بزرگتر باقی میمانند. خیلی خوب، پس اگر من یک ردیاب سرطان ۱۰۰ نانومتری بسازم، و آن را به جریان خون تزریق کنم، میتواند به تومور نفوذ کند آنجا با آنزیمهای تومور فعال میشود و علامتهای کوچکی آزاد میکند که به اندازه کافی کوچک هستند تا بوسیله کلیه تصفیه شده و با ادرار خارج شوند. حالا علامتی در دنیای خارج دارم که میتوانم آن را ردیابی کنم.
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.
خیلی خوب، اما مشکل دیگری هم هست. این یک علامت خیلی کوچک است، پس چطور باید آن را ردیابی کنم؟ خوب، سیگنال تنها یک مولکول است. آنها مولکولهایی هستند که ما به عنوان مهندس طراحی کردهایم. آنها کاملا مصنوعی هستند، و ما میتوانیم آنها را طوری طراحی کنیم که با ابزارهای منتخب ما سازگار باشند. اگر بخواهیم از یک ابزار خیلی حساس و دقیق استفاده کنیم که نام آن طیف سنج جرمی است، میتوانیم مولکولی با جرم خاص بسازیم. یا شاید بخواهیم از چیزی ارزانتر و قابل حمل استفاده کنیم. پس مولکولهای میسازیم که میتوانیم آنها را روی کاغذ به دام بیاندازیم، مثل تست حاملگی. در واقع، کاغذهای آزمایش دنیایی دارند که در زمینهای به نام تشخیص کاغذی در حال توسعه هستند.
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.
خیلی خوب، میخواهیم با این به کجا برسیم؟ چیزی که میخواهم در ادامه به شما بگویم، به عنوان کسی که یک عمر محقق بوده، یکی از رویاهای مرا نمایان میکند. نمیتوانم بگویم که این یک قول است؛ این یک رویا است. اما من فکر میکنم همه ما باید رویاهایی داشته باشیم تا ما را جلو ببرند، حتی -- و شاید مخصوصا -- محققان سرطان.
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.
میخواهم به شما بگویم که امیدوارم چه اتفاقی برای فناوری من بیافتد، که من و گروهم قلب و روحمان را بر سر تحقق آن گذاشتهایم. خوب، این است. رویای من این است که روزی، به جای رجوع به تجهیزات گران قیمت نمونه برداری مثل کلونوسکپی، یا ماموگرافی، یا پاپ اسمیر بتوانید یک تزریق دریافت کنید، ساعتی منتظر بمانید، و روی یک نوار کاغذی ادرار کنید. من حتی تصور میکنم این کار میتواند بدون نیاز به برق ثابت، یا حضور متخصص در اتاق انجام شود. شاید آنها بتوانند از فاصله دوری تنها با تصویری در گوشی هوشمند به بیمار متصل شوند.
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.
میدانم که یک رویا به نظر میرسد، اما همین حالا در آزمایشگاه این کار را در موشها انجام دادهایم، و از روشهای موجود برای تشخیص سرطان ریه، روده بزرگ و تخمدان بهتر عمل کرده است. و امیدوارم این به آن معنی باشد که روزی بتوانیم تومورها را در بیماران پیش از آنکه ۱۰ سال از رشد آنها گذشته باشد تشخیص بدهیم، در تمام طبقات جامعه، و در سراسر جهان، و با تشخیص زود هنگام، درمان به موقع میتواند موجب نجات جانهای بیشتری از آنچه امروز اتفاق میافتد بشود.
Thank you.
متشکرم.
(Applause)
(تشویق)