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.
Nello spazio che prima occupava un transitor ora possiamo metterne un miliardo. Questo ha fatto sì che un computer grande come un'intera stanza ora posso stare nelle vostre tasche. Potreste dire che il futuro è piccolo.
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.
Come ingegnere, sono ispirata da questa rivoluzione miniaturizzante dei computer. Come medico, mi chiedo se potremmo usarla per ridurre il numero di decessi dovuti a una delle malattia con il tasso di crescita più alto nel mondo: il cancro. Quando dico questo quello che la maggior parte delle persone sente è che stiamo lavorando per curare il cancro. Ed è così. Ma poi si scopre che abbiamo una opportunità incredibile di salvare delle vite grazie alla diagnosi e alla prevenzione.
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?
In tutto il mondo, più di un terzo delle morti per cancro sono prevenibili utilizzando metodi che abbiamo già a disposizione. Cose come i vaccini, gli screening tempestivi e, ovviamente, smettere di fumare. Ma anche con i migliori strumenti e tecnologie disponibili alcuni tumori non possono essere rilevati fino a 10 anni dopo che hanno cominciato a crescere, quando le cellule cancerose sono già 50 milioni. E se avessimo tecnologie migliori per scoprire prima qualcuno di questi tumori mortali, quando ancora possono essere rimossi, quando hanno appena cominciato?
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.
Lasciatemi raccontare come la miniaturizzazione ci può aiutare. Questo è un microscopio in un classico laboratorio che il patologo userebbe per osservare il suo campione di tessuto, come una biopsia o un pap-test. Questo microscopio da 7000 dollari verrebbe usato da qualcuno con anni di training specializzato per trovare delle cellule tumorali. Questa è un'immagine presa da una mia collega dell'Università di Rice, Rebecca Richards-Kortum. Lei e il suo laboratorio hanno miniaturizzato l'intero microscopio in questo pezzo da 10 sterline, che può stare all'estremità di una fibra ottica. Questo significa che invece che prendere un campione dal paziente e metterlo sotto il microscopio, possiamo portare il microscopio nel paziente. Poi, invece che utilizzare uno specialista per studiare le immagini possiamo insegnare a un computer a distinguere
Now this is important,
le cellule tumorali da quelle sane.
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.
Questo è importante perché quel che hanno scoperto lavorando nelle comunità rurali, è che quando hanno un'unità diagnostica mobile montata su un van che può andare nelle comunità e fare gli esami e raccogliere campioni e mandarli all'ospedale per le analisi, giorni dopo se i risultati del test sono positivi le donne vengono chiamate e viene chiesto loro di andare in ospedale. Una buona metà di queste non si presenta perché non può permettersi il viaggio. Con il microscopio integrato e le analisi computerizzate Rebecca e i suoi colleghi hanno creato un furgone che contiene sia un setup diagnostico che uno per il trattamento. Questo significa che possono diagnosticare e curare sul posto, cosicché nessuno venga perso.
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.
Questo è solo un esempio di come la miniaturizzazione possa salvare vite. Ora, come ingegneri, pensiamo a ciò come a una semplice miniaturizzazione. Si prende una cosa grossa e la si rende piccola. Ma quel che vi ho detto prima riguardo ai computer è che hanno trasformato le nostre vite quando sono diventati abbastanza piccoli per essere portati ovunque. Quindi qual è la trasformazione equivalente nella medicina? Ebbene, se aveste un rilevatore così piccolo da poter viaggiare nel corpo, trovare da solo il tumore e segnalarlo all'esterno? Sembra quasi fantascienza. Ma le nanotecnologie ci permettono davvero di fare ciò. Le nanotecnologie ci permettono di rimpicciolire le parti del rilevatore dalle dimensioni di un capello umano, cioè 100 microns, a migliaia di volte in meno, cioè 100 nanometri. E questo ha delle profonde implicazioni.
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.
Sappiamo che i materiali cambiano le loro proprietà a scale microscopiche. Prendete un materiale comune come l'oro, macinatelo in polvere, in nanoparticelle d'oro, e da dorato diventa rosso. Se prendete un materiale più esotico come il selemiuro di cadmio - forma un grosso cristallo nero - se ne fate nanocristalli e li mettete in un liquido, e li illuminate, risplendono. E risplendono di blu, verde giallo, arancione, rosso, a seconda della dimensione. È incredibile! Riuscite a immaginare un oggetto così nel mondo macroscopico? Sarebbe come avere nell'armadio diversi jeans tutti di cotone ma di colori diversi a seconda della taglia.
(Laughter)
(Risate)
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.
Quindi come medico, quello che mi interessa non è solo il colore dei materiali che cambia a scale microscopiche; anche il loro modo di muoversi nel vostro corpo cambia. E questo è il tipo di osservazioni che useremo per costruire dei rilevatori di tumori migliori.
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.
Lasciate che vi mostri cosa intendo. Questo è un vaso sanguigno all'interno del corpo. Intorno al vaso c'è un tumore. Inietteremo nanoparticelle nel vaso sanguigno e vedremo come viaggiano dal circolo ematico al tumore. Si scopre che i vasi sanguigni di molti tumori perdono, così le nanoparticelle possono colare fuori dal sangue al tumore. Se colano o no dipende dalle dimensioni. In questa immagine, le particelle più piccole blu, da centinaia di nanometri, colano fuori, e quelle più grandi rosse, da 500 nanometri, sono bloccate nel flusso sanguigno. Da ingegnere questo vuol dire che a seconda di quanto è grande il materiale posso cambiare dove finirà nel corpo.
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.
Nel mio laboratorio recentemente abbiamo generato dei nanodetector così piccoli che possono viaggiare nel corpo cercando tumori. Sono disegnati per ascoltare l'invasione tumorale: l'orchestra di segnali chimici che i tumori devono emettere per diffondersi. Affinché un tumore scappi dal tessuto dove è nato deve produrre delle molecole chiamate enzimi che mastichino i tessuti di supporto. Abbiamo disegnato queste nanoparticelle per essere attivate da questi enzimi. In un'ora un enzima può attivare migliaia di queste reazioni chimiche. In ingegneria consideriamo questo rapporto uno a mille una forma di amplificazione, che rende qualcosa ultrasensibile. Quindi abbiamo fatto un rilevatore tumorale ultrasensibile.
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.
Ok, ma come porto questi segnali all'esterno dove possiamo agire? Per questo useremo un altro trucco della biologia su nanoscala, che ha a che fare con il rene. I reni sono dei filtri. Il loro lavoro è filtrare il sangue e buttare i rifiuti nell'urina. Succede che anche ciò che è filtrato dai reni dipende dalle dimensioni. Come potete vedere in questa immagine tutto ciò che è più piccolo di 5 nanometri esce dal sangue, attraverso i reni e va nell'urina, e tutto il resto che è più grande è trattenuto. Ok, quindi se costruiamo un rilevatore tumorale di 100 nanometri, lo iniettiamo nel sangue, fuoriesce nel tumore dove viene attivato dagli enzimi tumorali, rilascia piccoli segnali che sono abbastanza piccoli da essere filtrati dai reni e finire nell'urina, abbiamo un segnale che arriva all'esterno e può essere rilevato.
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.
Ok, ma c'è un altro problema. Questo segnale è piccolissimo, come lo rileviamo? Bene, questo segnale è solo una molecola. Sono molecole che abbiamo disegnato noi ingegneri. Sono completamente sintetiche e possiamo disegnarle affinché siano compatibili con uno strumento di nostra scelta. Se vogliamo usare uno strumento molto sensibile e stravagante chiamato spettrometro di massa, allora useremo una molecola con una massa specifica. Oppure potremmo volere fare qualcosa che sia più economico e portatile. Allora faremo molecole che possono essere intrappolate nella carta, come un test di gravidanza. Infatti c'è un intero mondo di test di carta che stanno diventando disponibili nel campo chiamato diagnostica della carta
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.
D'accordo, dove ci porta tutto questo? Quello che sto per dirvi, in quanto ricercatrice da una vita, rappresenta un mio sogno. Non posso dire che sia una promessa; è un sogno. Ma credo che tutti possiamo avere sogni che ci spingono ad andare avanti, anche, e forse soprattutto, chi fa ricerca sul cancro.
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.
Sto per dirvi quello che spero succederà con la mia tecnologia, che io e il mio team stiamo cercando con tutte le nostre forze di rendere realtà. Ok, ecco qui. Sogno che un giorno, invece che andare in un costoso centro diagnostico per fare una colonoscopia o una mammografia o un pap-test, si possa fare un'iniezione, aspettare un'ora, e fare un test delle urine su una striscia di carta. Immagino che si potrebbe fare addirittura senza bisogno di elettricità, o un medico specializzato nella stanza. Magari potrebbero stare lontani e connettersi solo attraverso uno smartphone.
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.
Ora mi rendo conto che sembra un sogno, ma in laboratorio funziona già con i topi, con cui funziona meglio dei metodi attuali per la rilevazione del cancro ai polmoni, al colon e alle ovaie. E spero che ciò significhi che un giorno potremo rilevare i tumori nei pazienti prima che siano passati 10 anni dal loro inizio, da qualsiasi parte, ovunque nel mondo, e spero che questo possa portare a trattamenti precoci e che possa salvare più vite di quel che riusciamo a fare oggi, con una diagnosi tempestiva.
Thank you.
Grazie.
(Applause)
(Applausi)