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.
No espaço que um transístor costumava ocupar, podemos agora colocar 1000 milhões. Isso fez com que um computador do tamanho de uma sala caiba agora no nosso bolso. Podemos dizer que ser pequeno é o futuro.
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 engenheira, inspiro-me nesta revolução de miniaturização dos computadores. Como física, pergunto-me se poderia ser usada para reduzir o número de vidas perdidas por causa de uma das doenças que mais proliferam na Terra: o cancro. Quando digo isto, o que a maioria das pessoas ouve é que trabalhamos na cura do cancro. E é o que fazemos. Acontece que existe uma incrível oportunidade de salvar vidas, através da deteção e prevenção precoces do cancro.
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?
No mundo inteiro, podem ser evitadas mais de dois terços das mortes por cancro, usando métodos de que dispomos atualmente. Coisas como a vacinação, análises atempadas e, claro, deixar de fumar. Mas, mesmo com as melhores ferramentas e tecnologias que temos atualmente, alguns tumores não podem ser detetados senão 10 anos após terem começado a crescer, quando têm a força de 50 milhões de células cancerígenas. E se tivéssemos melhores tecnologias para detetar alguns destes cancros mais mortíferos, mais cedo, quando pudessem ser removidos, quando estivessem apenas a começar?
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.
Deixem-me dizer-vos como a miniaturização pode levar-nos lá. Isto é um microscópio num laboratório comum, que um patologista usaria para observar uma amostra de tecido, como uma biópsia ou um teste de Papanicolau. Este microscópio de 7000 € seria usado por alguém com anos de treino especializado na deteção de células cancerígenas. Isto é uma imagem de uma colega minha na Universidade de Rice, Rebecca Richards-Kortum. O que ela e a sua equipa fizeram foi miniaturizar aquele microscópio, obtendo esta peça de 10 €, que cabe na extremidade de uma fibra ótica. O que isto significa é que, em vez de retirar uma amostra de um paciente, e a enviar para o microscópio, podemos levar o microscópio até ao paciente. Depois, em vez de se precisar de um especialista para observar as imagens, podemos treinar o computador para comparar células normais e cancerígenas.
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.
Isto é importante, porque o que se descobriu, ao trabalhar em comunidades rurais, é que, mesmo com uma carrinha de rastreio móvel que pode deslocar-se até à comunidade, realizar exames, recolher amostras e enviá-las para análise no hospital central, passados esses dias, as mulheres recebem uma chamada com um resultado de teste anormal, e é-lhes pedido que vão ao hospital. Metade delas não aparecem porque não podem pagar a viagem. Com o microscópio integrado e a análise por computador, Rebecca e os seus colegas conseguiram criar uma carrinha que tem equipamento de diagnóstico e de tratamento. O que isso significa é que podem fazer um diagnóstico e aplicar a terapia no local, de modo que ninguém deixa de ser acompanhado.
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.
É apenas um exemplo de como a miniaturização pode salvar vidas. Como engenheiros, consideramos isto verdadeira miniaturização. Pegamos numa coisa grande e tornamo-la pequena. O que vos disse antes sobre os computadores foi que transformaram as nossas vidas, quando se tornaram pequenos para serem levados para todo o lado. Qual é o equivalente a isso na medicina? E se tivéssemos um detetor tão pequeno que pudesse circular no nosso corpo, encontrar sozinho um tumor e enviar um sinal para o mundo exterior? Parece ficção científica. No entanto, a nanotecnologia permite-nos fazer isso mesmo. Permite-nos encolher as peças que formam o detetor do tamanho de um cabelo humano, cerca de 100 micrómetros, para mil vezes menor, ou seja 100 nanómetros. Isso tem implicações profundas.
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.
Verifica-se que os materiais mudam as suas propriedades à nanoescala. Pegamos em material comum como o ouro, e reduzimo-lo a pó, em nanopartículas douradas, e ele muda o seu aspeto dourado para vermelho. Se pegarmos em material mais exótico, como o seleneto de cádmio, — um cristal grande e negro — se o transformarmos em nanocristais, os pusermos num líquido e os iluminarmos eles brilharão. Eles terão um brilho azul, verde, amarelo, laranja ou vermelho, dependendo apenas do seu tamanho. É demais! Imaginam um objeto destes no mundo macroscópico? É como se todas as calças de ganga nos nossos armários, feitas de algodão, tivessem cores diferentes, dependendo apenas do seu tamanho.
(Laughter)
(Risos)
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 física, o que é igualmente interessante para mim é que não é apenas a cor dos materiais que muda numa nanoescala. A forma como viajam no nosso corpo também muda. Este é o tipo de observação que vamos usar para construir um detetor de cancro melhor.
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.
Deixem-me mostrar-vos o que quero dizer. Isto é um vaso sanguíneo no corpo. A rodeá-lo está um tumor. Vamos injetar nanopartículas no vaso sanguíneo e ver como viajam através da corrente sanguínea até ao tumor. Os vasos sanguíneos de muitos tumores têm perdas e por isso as nanopartículas podem passar da corrente para os tumores. A sua passagem depende do seu tamanho. Nesta imagem, as nanopartículas mais pequenas, azuis, com centenas de nanómetros estão a passar, mas as maiores, de 500 nanómetros, vermelhas, ficam presas na corrente sanguínea. Isso quer dizer que , como engenheira, consoante o tamanho dos materiais que construo, posso determinar onde ele se desloca no nosso 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.
No meu laboratório, fizemos recentemente um nanodetetor de cancro, tão pequeno que pode viajar pelo corpo e procurar tumores. Desenhámo-lo para "escutar" a invasão dos tumores: a orquestra de sinais químicos de que os tumores precisam para se espalharem. Para um tumor se soltar do tecido onde nasceu, tem que produzir químicos chamados enzimas, para desfazer a estrutura dos tecidos. Desenhámos estas nanopartículas para serem ativadas por essas enzimas. Uma enzima pode ativar mil destas reações químicas por hora. Em engenharia, consideramos esta razão de um para mil uma forma de amplificação e torna algo ultra sensível. Fizemos, assim, um detetor de cancro ultra sensível.
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.
Mas como passar este sinal ativado para o mundo exterior, onde podemos atuar sobre ele? Para isso, vamos usar mais uma peça da nanobiologia, relacionada com o rim. O rim é um filtro. A sua função é filtrar o sangue e passar as impurezas para a urina. O que o rim filtra depende do tamanho. O que podemos ver nesta imagem é que tudo o que é menor do que cinco nanómetros passa do sangue, através do rim, para a urina. Tudo o que é maior é retido. Se fizermos um detetor de cancro de 100 nanómetros e o injetarmos na corrente sanguínea, ele pode passar para o tumor onde é ativado pelas enzimas tumorais, para libertar um pequeno sinal, suficientemente pequeno para ser filtrado pelo rim e colocado na urina, e temos um sinal no mundo exterior que podemos detetar.
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.
Mas há mais um problema. Trata-se de um sinal muito pequeno. Como podemos detetá-lo? O sinal é apenas uma molécula. Trata-se de moléculas que desenhámos como engenheiros. São completamente sintéticas e podemos desenhá-las para serem compatíveis com uma ferramenta à nossa escolha. Se quisermos usar um instrumento muito sensível e aparatoso, chamado espectrómetro de massa, fazemos uma molécula com uma massa específica. Ou talvez queiramos fazer algo mais barato e portátil. Nesse caso, fazemos moléculas que podemos captar com papel, como um teste de gravidez. De facto, há toda uma série de testes de papel que estão a ficar disponíveis, numa área chamada diagnósticos de 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.
Onde chegaremos com isto? O que vou dizer a seguir como investigadora de longa data, representa um sonho meu. Não posso dizer que seja uma promessa. É um sonho. Penso que todos temos que ter sonhos, que nos façam avançar, até mesmo — e especialmente — os investigadores do 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.
Vou dizer o que espero que aconteça com a minha tecnologia, em que eu e a minha equipa colocaremos os nossos corações e almas, de forma a que se torne realidade. Aqui vai. Sonho que um dia, em vez de se usar um equipamento de imagem caro, para fazer uma colonoscopia, ou uma mamografia, ou um teste de Papanicolau, se possa levar um injeção, esperar uma hora e fazer um teste de urina numa folha de papel. Imagino que isto possa até ser feito sem necessidade de eletricidade ou de um profissional de saúde na sala. Talvez possam estar à distância e ligados apenas através da imagem de um 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.
Sei que isto parece um sonho, mas no laboratório já temos isto a funcionar com ratos, funcionando melhor do que os métodos existentes para a deteção do cancro do pulmão, do cólon e dos ovários. Espero que isto signifique que um dia possamos detetar tumores em pacientes antes de passarem 10 anos do início do seu crescimento, em todos os estilos de vida, em todo o mundo, e que isto conduza a tratamentos precoces e que possamos salvar mais vidas do que conseguimos hoje, com a deteção precoce.
Thank you.
Obrigada.
(Applause)
(Aplausos)