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.
בשטח שפעם הכיל טרנזיסטור אחד, אנחנו יכולים להכניס עכשיו מיליארד. זה הפך את זה לכך שמחשב בגודל של חדר שלם עכשיו נכנס בכיס שלכם. אתם אולי אומרים שהעתיד קטן.
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.
כמהנדסת, אני מקבלת השראה ממהפכת ההזערה במחשבים. כרופאה, אני תוהה אם נוכל להשתמש בזה כדי להפחית את מספר מקרי המוות בשל אחת המחלות שמתפשטות בקצב הכי מהיר על כדור הארץ: סרטן. עכשיו כשאני אומרת את זה, מה שרוב האנשים שומעים אותי אומרת הוא שאנחנו עובדים על האפשרות לרפא סרטן. ואנחנו עושים את זה. אבל מסתבר שיש הזדמנות מדהימה להציל חיים דרך זיהוי מוקדם ומניעה של סרטן.
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?
בעולם בכלל, יותר משני שלישים ממקרי המוות בשל סרטן, ברות מניעה לחלוטין בשימוש בשיטות שכבר יש לנו כיום. דברים כמו חיסון, סקירה בזמן וכמובן, הפסקת עישון. אבל אפילו עם הכלים והטכנולוגיות הטובים ביותר שיש לנו היום, כמה גידולים לא ניתן לזהות עד 10 שנים אחרי שהם התחילו לגדול, כשהם בגודל של 50 מליון תאים סרטניים. מה אם היו לנו טכנולוגיות טובות יותר לזהות כמה מסוגי הסרטן היותר קטלניים, מוקדם יותר, כשניתן יהיה להסיר אותם, כשהם רק מתחילים?
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 $10 part, and it fits on the end of an optical fiber. Now what that means is instead of taking a sample from a patient and sending it to the microscope, you can bring the microscope to the patient. And then, instead of requiring a specialist to look at the images, you can train the computer to score normal versus cancerous cells.
תנו לי לספר לכם על איך הזערה אולי תוכל לעזור לנו פה. זה מיקרוסקופ במעבדה טיפוסית שפתולוגים ישתמשו בו להביט על דגימות רקמה, כמו ביופסיה או משטח פאפ. המיקרוסקופ הזה שעולה 7,000$ יהיה בשימוש על ידי מישהו עם שנים של הכשרה מיוחדת כדי לזהות תאים סרטניים. זו תמונה מקולגה שלי באוניברסיטת רייס, רבקה ריצ'ארדס-קורטום. מה שהיא והצוות שלה עשו זה להקטין את כל המיקרוסקופ לחלק של 10$, והוא מתאים בקצה של סיב אופטי. עכשיו מה שזה אומר זה שבמקום לקחת דגימה מחולה ולשלוח אותה למיקרוסקופ, אתם יכולים להביא את המיקרוסקופ לחולה. ואז, במקום לדרוש ממומחה להביט בתמונות, אתם יכולים לאמן את המחשב לדרג תאים נורמליים מול סרטניים.
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.
עכשיו זה חשוב, בגלל מה שהם גילו בעבודה בקהילות כפריות, זה שאפילו כשיש להם וואן סריקה נייד שיכול לצאת לקהילה ולבצע בדיקות ולאסוף דוגמיות ולשלוח אותן לבית החולים המרכזי לבדיקה, שימים מאוחר יותר, נשים מקבלות טלפון עם תוצאות בדיקה חריגות והן מתבקשות להגיע. חצי מהן לא מגיעות בגלל שהן לא יכולות להרשות לעצמן את הנסיעה. עם מיקרוסקופ משולב וניתוח ממוחשב, רבקה והקולגות שלה היו מסוגלים ליצור וואן שיש לו גם את ציוד האבחון וגם את יכולת הטיפול. ומה שזה אומר זה שהם יכולים לאבחן ולבצע טיפול במקום, כך שאף אחד לא אובד למעקב מאוחר.
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.
זו רק דוגמה אחת לאיך הזערה יכולה להציל חיים. עכשיו כמהנדסים, אנחנו חושבים על זה כהזערה ישירה. אתם לוקחים דבר גדול ועושים אותו קטן. אבל מה שאמרתי לכם לפני כן על מחשבים היה שהם שינו את חיינו כשהם הפכו לקטנים מספיק בשבילנו כדי לקחת אותם לכל מקום. אז מהי המקבילה משנת הסדרים כזו ברפואה? ובכן, מה אם היה לכם גלאי שהיה כל כך קטן שהוא היה יכול לנוע בתוך גופכם, למצוא את הגידול בעצמו ולשלוח אות לעולם החיצוני? זה נשמע מעט כמו מדע בדיוני. אבל למעשה, ננו טכנולוגיה מאפשרת לנו לעשות בדיוק את זה. ננו טכנולוגיה מאפשרת לנו לכווץ את החלקים שיוצרים את הגלאי מרוחב של שערת אדם, שהיא 100 מיקרונים, לפי אלף קטן יותר, שזה 100 ננומטר. ויש לזה השלכות משמעותיות.
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.
מסתבר שהחומרים למעשה משנים את התכונות שלהם בקנה המידה הננומטרי. אתם לוקחים חומר רגיל כמו זהב, וטוחנים אותו לאבק, לננו חלקיקים של זהב, וזה משתנה ממראה מוזהב למראה אדום. אם אתם לוקחים חומר יותר אקזוטי כמו קדמיום סלנייד -- שיוצר גביש גדול ושחור -- אם אתם לוקחים ננוקריסטלים של החומר הזה ואתם שמים אותם בנוזל, ואתם מאירים עליהם, הם זוהרים. והם זוהרים בכחול, ירוק, צהוב, כתום, אדום, תלוי רק בגודל שלהם. זה מטורף! אתם יכולים לדמיין עצם כמו זה בעולם המאקרו? זה יהיה כאילו כל הג'ינסים הכחולים בארון שלכם עשויים כותנה, אבל הם בצבעים שונים תלוי בגודל שלהם.
(Laughter)
(צחוק)
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.
אז כרופאה, מה שמעניין אותי זה שזה לא רק הצבע של החומר שמשתנה בגדלי הננו; הדרך שהוא נע בגוף שלכם גם משתנה, וזו האבחנה בה אנחנו עומדים להשתמש כדי ליצור זיהוי סרטן טוב יותר.
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.
אז תנו לי להראות לכם למה אני מתכוונת. זה כלי דם בגוף. סביב כלי הדם יש גידול. אנחנו עומדים להזריק ננו חלקיקים לתוך תא הדם ולצפות איך הם נעים מזרם הדם לגידול. עכשיו מסתבר שכלי הדם של הרבה גידולים דולפים, וכך ננו חלקיקים יכולים לדלוף החוצה מזרם הדם לתוך הגידול. הדליפה שלהם תלויה בגודל שלהם. אז בתמונה הזו, החלקיקים הכחולים בגודל 100 ננומטר דולפים, והחלקיקים האדומים בגודל 500 ננומטר תקועים במחזור הדם. אז זה אומר שכמהנדסת, תלוי בכמה גדול או קטן אנחנו עושים את החלקיק, אני יכולה לשנות את המיקום אליו הוא הולך בגוף.
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.
במעבדה שלי, לאחרונה יצרנו ננו גלאי סרטן שהוא כל כך קטן שהוא יכול לנוע לתוך הגוף ולחפש גידולים. אנחנו תכננו אותו להאזין לפלישות גידולים: התזמורת של אותות כימיים שגידולים צריכים ליצור כדי להתפשט. כדי שגידול יפרוץ מהרקמה בה הוא נולד, הוא צריך ליצור כימיקלים שנקראים אנזימים כדי לאכול דרך השלד של הרקמה. תכננו את הננו חלקיקים להיות מופעלים על ידי האנזימים האלה. אנזים אחד יכול להפעיל אלפים מהתגובות הכימיות האלו בשעה. עכשיו בהנדסה, אנחנו קוראים לזה יחס של אחד לאלף צורה של הגברה, וזה יוצר משהו אולטרה רגיש. אז יצרנו גלאי סרטן אולטה רגיש.
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.
אוקיי, אבל איך אנחנו מעבירים את האותות המופעלים האלה לעולם החיצון, שם אני יכולה לפעול עליו? בשביל זה, אנחנו עומדים להשתמש בפיסה נוספת של ביולוגיה בקנה מידה ננומטרי, וזה קשור לכליות. הכליות הן מסנן, העבודה שלהן היא לסנן את הדם ולהעביר את הפסולת לשתן. מסתבר שמה שהכליות מסננות גם תלוי בגודל. אז בתמונה הזו, מה שאתם יכולים לראות זה שכל מה שקטן מחמישה ננומטרים עובר מהדם, דרך הכליות, לשתן, וכל השאר שגדול מזה נשאר. אוקיי, אז יצרתי גלאי סרטן בגודל 100 ננומטר, אני מזריקה אותו למחזור הדם, הוא יכול לדלוף לגידול שם הוא מופעל על ידי אנזימי הגידול כדי לשחרר אות קטן שהוא קטן מספיק כדי להיות מסונן מחוץ לכליות ולתוך השתן, יש לי אות בעולם החיצון שאני יכולה לזהות.
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.
אוקיי, אבל יש עוד בעיה. זה אות קטן וזעיר, אז איך אנחנו מזהים אותו? ובכן, האות הוא רק מולקולה. הן מולקולות שאנחנו תכננו כמהנדסים. הן סינטטיות לחלוטין, ואנחנו יכולים לתכנן אותן כך שהן יהיו מתאימות לכלי הבחירה שלנו. אם אנחנו רוצים להשתמש בכלי ממש רגיש שנקרא ספקטרומטר מאסה, אז אנחנו יוצרים מולקולה עם מאסה יחודית. או אולי אנחנו רוצים משהו שיותר זול ונייד. אז אנחנו יוצרים מולקולות שיכולות להלכד על נייר, כמו בדיקת הריון. למעשה, יש עולם שלם של מבחני נייר שהופכים לזמינים בשדה שנקרא אבחון נייר.
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.
בסדר, לאן אנחנו הולכים עם זה? מה שאני עומדת לספר לכם עכשיו, כחוקרת לטווח ארוך, מייצג חלום שלי. אני לא יכולה להגיד שזו הבטחה; זה חלום. אבל אני חושבת שכולנו צריכים חלומות להמשיך לדחוף אותנו קדימה, גם -- ואולי בעיקר -- חוקרי סרטן.
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.
אני עומדת לספר לכם מה אני מקווה שיקרה לטכנולוגיה שלי, שהצוות שלי ואני נקדיש לכך את הלב והנשמה כדי להפוך אותה למציאות. אוקיי, הנה זה. אני חולמת שיום אחד, במקום ללכת למתקן סריקה יקר לעבור קולונוסקופיה, או ממוגרמה, או משטח פאפ, תוכלו לקבל זריקה, לחכות שעה, ולעשות בדיקת שתן על פיסת נייר. אני מדמיינת שזה יוכל להתרחש אפילו בלי הצורך לחשמל סדיר, או מומחה רפואי בחדר. אולי הם יוכלו להיות מרוחקים ולהתחבר רק על ידי תמונה בטלפון החכם.
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.
עכשיו אני יודעת שזה נשמע חלום, אבל במעבדה שלי כבר יש לנו את זה עובד בעכברים, שם זה עובד טוב יותר מהשיטות הקיימות לגילוי סרטן ריאות, מעי ושחלות. ואני מקווה שמה שזה אומר זה שיום אחד נוכל לזהות גידולים בחולים פחות מ 10 שנים אחרי שהם התחילו לגדול, בכל תחומי החיים, מסביב לכל העולם, וזה יוביל לטיפול מוקדם יותר, ושנוכל להציל יותר חיים משאנחנו יכולים היום, עם זיהוי מוקדם.
Thank you.
תודה לכם.
(Applause)
(מחיאות כפיים)