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.
In de ruimte waar vroeger één transistor paste, kunnen we er nu een miljard kwijt. Dit heeft ervoor gezorgd dat een computer ter grootte van een hele kamer nu in je zak past. Je kan zeggen dat de toekomst klein is.
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.
Als ingenieur ben ik geïnspireerd door deze revolutie van miniaturisering in computers. Als arts vraag ik me af of we dit kunnen gebruiken om het aantal sterfgevallen te beperken ten gevolge van een van de meest snelgroeiende ziektes op aarde: kanker. Als ik dat zeg, is wat de meeste mensen horen dat ik werk aan het genezen van kanker. En dat doen we ook. Maar wat blijkt, is dat we een geweldige kans hebben om levens te redden door vroege detectie en het voorkomen van kanker.
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?
Wereldwijd zijn tweederde van de sterfgevallen als gevolg van kanker te voorkomen met bestaande middelen. Dingen zoals vaccinaties, tijdige controle en natuurlijk stoppen met roken. Maar zelfs met de beste middelen en technologieën die we nu hebben, kunnen sommige tumoren niet gevonden worden totdat ze al 10 jaar oud zijn en 50 miljoen cellen sterk. Als we nu eens betere technieken hadden om sommige van de dodelijkste kankers eerder te ontdekken, als ze verwijderd zouden kunnen worden als ze pas net beginnen te groeien?
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.
Laat me je vertellen hoe miniaturisering ons zou kunnen helpen. Dit is een microscoop in een typisch lab die een patholoog zou gebruiken om naar een weefselmonster te kijken, zoals een biopsie of een uitstrijkje. Deze microscoop van 7.000 dollar wordt gebruikt door iemand met jaren gespecialiseerde training om kankercellen te herkennen. Dit is een afbeelding van mijn collega aan Rice University, Rebecca Richards-Kortum. Wat zij en haar team hebben gedaan, is die hele microscoop miniaturizeren tot dit onderdeel van 10 dollar, wat op het eind van een glasvezel past. Wat dit betekent is dat in plaats van een monster van een patiënt te nemen en naar de microscoop te sturen, je de microscoop naar de patiënt kan brengen. En dan, in plaats van een specialist naar de foto's te laten kijken, kan je de computer trainen om normale cellen en kankercellen te vergelijken.
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.
Dit is belangrijk, omdat in landelijke gemeenschappen, zelfs als mobiele screening beschikbaar is om in de gemeenschap ter plaatse onderzoeken te doen en monsters te nemen en ze naar het centrale ziekenhuis te sturen voor analyse, dat wanneer dagen later vrouwen worden gebeld over een abnormaal resultaat en worden uitgenodigd om langs te komen, de helft van hen niet komt opdagen, omdat ze de reis niet kunnen betalen. Met de geïntegreerde microscoop en computeranalyse hebben Rebecca en haar collega's een busje kunnen maken dat de diagnostische technologie en de behandelingsmaterialen heeft. Dat betekent dat ze de diagnose en de therapie ter plekke kunnen doen, zodat niemand in het proces verloren gaat.
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.
Dit is slechts één voorbeeld van hoe miniaturisering levens kan redden. Als ingenieurs zien we dit simpelweg als miniaturisering. Je had iets groots en hebt het klein gemaakt. Maar wat ik je net vertelde over computers, was dat ze onze levens hebben veranderd toen ze klein genoeg werden om ze overal mee naartoe te nemen. Dus wat is de transformatieve equivalent hiervan in de geneeskunde? Als je nu eens een detector had die klein genoeg was om door je lichaam te bewegen, die de tumor helemaal zelf kon vinden en een signaal kon geven aan de buitenwereld? Het klinkt een beetje als science fiction. Maar in werkelijkheid laat nanotechnologie ons precies dat doen. Nanotechnologie geeft ons de mogelijkheid onderdelen van de detector te doen krimpen van de breedte van een mensenhaar, 100 micron, tot duizend keer kleiner, 100 nanometer. En dat heeft ingrijpende gevolgen.
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.
Het blijkt dat materialen hun eigenschappen veranderen op een nanoschaal. Je neemt een gewoon materiaal zoals goud en maalt het tot poeder, tot gouden nanodeeltjes, en het verandert in kleur van goud naar rood. Als je een exotischer materiaal neemt, zoals cadmium selenide -- vormt een grote, zwarte kristal -- als je van dit materiaal nanokristallen maakt, en je stopt ze in een vloeistof en je schijnt er licht op, dan gloeien ze. Ze gloeien blauw, groen, geel, oranje, rood, alleen afhankelijk van hun maat. Het is geweldig! Kan je je zo'n voorwerp voorstellen in de macrowereld? Stel je voor dat alle jeans in je kast van katoen zijn gemaakt, maar verschillende kleuren hebben afhankelijk van hun maat.
(Laughter)
(Gelach)
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.
Dus wat ik als arts net zo interessant vind, is dat het niet alleen de kleur van het materiaal is die verandert op de nanoschaal; de manier waarop ze door je lichaam bewegen verandert ook. Het is dit soort observaties die we gaan gebruiken om een betere kankerdetector te maken.
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.
Ik zal laten zien wat ik bedoel. Dit is een bloedvat in het lichaam. Rondom het bloedvat zit een tumor. We gaan nanodeeltjes injecteren in het bloedvat en kijken hoe ze bewegen van de bloedbaan naar de tumor. Nu blijkt dat de bloedvaten van veel tumoren lekken en dus kunnen veel nanodeeltjes van de bloedbaan de tumor in lekken. Of ze het bloedvat uitlekken is afhankelijk van hun maat. Dus in dit plaatje lekken de kleinere, honderd-nanomenter, blauwe deeltjes eruit en de grotere, 500-nanometer, rode nanodeeltjes zitten vast in de bloedbaan. Dat betekent dat ik als ingenieur, afhankelijk van hoe groot of klein ik een materiaal maak, kan veranderen waar het in je lichaam naartoe gaat.
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.
In mijn lab hebben we onlangs een nanodetector voor kanker gemaakt die zo klein is dat hij door het lichaam kan reizen en naar tumoren kan zoeken. We hebben hem ontworpen om naar tumorinvasie te zoeken: de verzameling van chemische signalen die tumoren moeten maken om uit te zaaien. Om uit het oorspronkelijke weefsel los te breken moet een tumor chemicaliën produceren, genaamd enzymen, om door de matrix van het weefsel te knagen. We hebben deze nanodeeltjes zó ontworpen dat ze door de enzymen geactiveerd worden. Één enzym kan duizend van deze chemische reacties per uur in gang zetten. Wij ingenieurs noemen die één-op-duizend verhouding een vorm van versterking en het maakt iets ultragevoelig. Dus we hebben een ultra-gevoelige kankerdetector.
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, maar hoe krijgen we dit geactiveerde signaal de buitenwereld in, waar we er wat mee kunnen doen? Hiervoor gebruiken we opnieuw biologie op nanoschaal en nu heeft het te maken met de nieren. Een nier is een filter. Haar taak is het bloed te filteren en afval in urine te stoppen. Het blijkt dat wat de nieren filteren ook van maat afhangt. Dus wat je op dit plaatje ziet, is dat alles dat kleiner is dan vijf nanometer van het bloed, door de nieren, de urine in gaat en al het andere, dat groter is, blijft zitten. OK, dus als ik een 100-nanometer kankerdetector maak, hem in de bloedbaan injecteer, kan hij de tumor in lekken, waar hij wordt geactiveerd door tumorenzymen en een klein signaal afgeeft dat klein genoeg is om de nieren uit gefilterd te worden en in de urine terecht te komen, dan heb ik een signaal in de buitenwereld dat ik kan waarnemen.
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, maar er is nog één probleem. Dit is een heel klein signaal, dus hoe neem ik het waar? Nou, het signaal is gewoon een molecuul. Het zijn moleculen die we als ingenieurs hebben ontworpen. Ze zijn helemaal synthetisch en we kunnen ze zó ontwerpen dat ze passen bij een techniek naar keuze. Als we een heel gevoelig, chique instrument willen gebruiken, genaamd een massaspectrometer, kunnen we een molecuul maken met een unieke massa. Of misschien willen we iets maken dat betaalbaarder en draagbaar is. Dan maken we moleculen die we op papier kunnen vangen, zoals een zwangerschapstest. Er bestaat een hele wereld aan papieren tests die beschikbaar worden in een veld dat papierdiagnostiek heet.
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.
Goed, waar leidt dit toe? Wat ik je nu ga vertellen, als levenslange onderzoeker, vertegenwoordigt een droom van mij. Ik kan het geen belofte noemen; het is een droom. Maar ik denk dat we allemaal dromen moeten hebben om ons voort te drijven, zelfs -- en misschien vooral -- kankeronderzoekers.
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.
Ik zal je vertellen wat ik hoop dat zal gebeuren met mijn technologie, waar mijn team en ik ons hart en ziel in zullen steken om het te realiseren. OK, daar gaan we. Ik droom dat op een dag, in plaats van dure scans te moeten laten maken, zoals een colonoscopie, of een mammogram, of een uitstrijkje, dat je een spuitje kan krijgen en na een uur wachten een urinetest kan doen op een papieren strookje. Ik stel me voor dat dit zelfs zou kunnen zonder stabiele elektriciteitsvoorziening of aanwezigheid van een medische professional. Misschien zouden ze ver weg zijn en alleen verbonden middels het beeld op een 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.
Ik weet dat dit klinkt als een droom, maar in het lab werkt dit al bij muizen, en het werkt daar beter dan bestaande methodes voor het detecteren van long-, darm- en eierstokkanker. Ik hoop dat dit betekent dat we op een dag bij patiënten tumoren kunnen ontdekken eerder dan 10 jaar nadat ze beginnen te groeien, in alle levensstijlen, overal op de wereld, en dat dit leidt tot eerdere behandelingen en dat we meer levens kunnen redden dan we nu kunnen, door vroege detectie.
Thank you.
Dankjewel.
(Applause)
(Applaus)