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.
Em um espaço onde era abrigado um transistor, agora podemos abrigar um bilhão. Isso fez com que um computador do tamanho de uma sala caiba agora no seu bolso. Pode-se dizer que o futuro é pequeno.
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.
Por ser engenheira, eu me sinto inspirada por essa miniaturização revolucionária na computação. Por ser médica, imagino se poderíamos usar isso para reduzir o número de vidas perdidas devido a uma das doenças que mais crescem no mundo: o câncer. Quando digo isso, as pessoas entendem que nós estamos tentando curar o câncer. E estamos. Aparentemente, há uma incrível oportunidade para salvar vidas através da detecção precoce e prevenção do câncer.
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?
Mundialmente, mais de dois terços das mortes causadas pelo câncer são totalmente evitáveis, utilizando métodos que temos ao nosso alcance. Métodos como vacinação, exames frequentes e, é claro, parar de fumar. Mas mesmo com as melhores ferramentas e tecnologias que temos atualmente, há tumores que só podem ser detectados após dez anos do início de seu crescimento, quando já existem 50 milhões de células cancerosas. E se tivéssemos tecnologias melhores para detectar algumas dessas células cancerosas mais cedo, para que fossem removidas logo de início?
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 $10 part, and it fits on the end of an optical fiber. Now what that means is instead of taking a sample from a patient and sending it to the microscope, you can bring the microscope to the patient. And then, instead of requiring a specialist to look at the images, you can train the computer to score normal versus cancerous cells.
Vou dizer como a miniaturização pode nos levar a isso. Esse é um microscópio de laboratório utilizado por um patologista para examinar amostras, como em uma biópsia ou em um Papanicolau. Esse microscópio de US$ 7 mil seria utilizado por alguém com anos de treinamento especializado para identificar células cancerosas. Essa é uma imagem cedida por uma colega da Universidade Rice, Rebecca Richards-Kortum. Ela e sua equipe miniaturizaram esse microscópio transformando-o nessa partícula de US$ 10, que cabe na ponta de uma fibra óptica. Portanto, ao invés de retirar uma amostra de um paciente para examiná-la em um microscópio, pode-se levar o microscópio até o paciente. E, ao invés de um especialista examinar as imagens, programamos um computador para diferenciar células normais das cancerosas.
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.
Isso é importante, pois trabalhando em comunidades rurais eles descobriram que, mesmo com uma van para realizar exames de forma itinerante, possibilitando-se ir até comunidades para realizar exames e coletar amostras, e enviá-las para o hospital para análise, alguns dias depois, eles podiam ligar para as mulheres, no caso de resultado anormal, chamando-as ao hospital. Metade delas não vão até o hospital, pois não conseguem pagar a viagem. Com o microscópio integrado às análises informatizadas, Rebecca e seus colegas criaram uma van que contém equipamentos para diagnóstico e tratamento. Isso significa que eles conseguem diagnosticar e tratar no local, para que ninguém fique sem acompanhamento.
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.
Esse é só um exemplo de como a miniaturização pode salvar vidas. Sendo engenheiros, pensamos nisso como miniaturização de forma direta. Uma coisa grande transformada em uma coisa pequena. Mas o que disse antes sobre computadores foi que eles transformaram nossas vidas quando se tornaram pequenos o bastante para serem levados para qualquer lugar. Então qual o equivalente a essa transformação, na medicina? Bom, e se existisse um detector tão pequeno que pudesse circular pelo seu corpo, encontrar os tumores sozinho, e enviar um sinal para o mundo externo? Parece ficção científica. Mas, na verdade, a nanotecnologia nos permite fazer exatamente isso. Nanotecnologia nos permite encolher as partes que compõem o detector da espessura de um fio de cabelo humano, que é de 100 microns, para mil vezes menor que é de 100 nanômetros. E isso possui 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.
Acontece que materiais mudam suas propriedades quando em nanoescala. Pode-se pegar algo comum como o ouro, e transformá-lo em poeira, em nanopartículas de ouro, e o ouro deixa de ser dourado e vira vermelho. Se utilizarmos um material mais exótico como o seleneto de cádmio, um grande cristal preto, e transformá-lo em nanocristais e colocá-los em um líquido, e iluminá-los, eles brilham. Um brilho azul, verde, amarelo, laranja, vermelho, dependendo somente do seu tamanho. É uma loucura! Conseguem imaginar um objeto assim no mundo macro? Seria como se todas suas calças jeans fossem feitas de algodão, mas possuíssem cores diferentes, somente por causa 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.
Então, por ser médica, o que é tão interessante para mim é que não somente a cor dos materiais muda em uma nanoescala: a forma com que eles percorrem seu corpo também muda. Esse é o tipo de observação que usaremos para criar um detector de câncer melhor. Deixem-me mostrar o que eu quero dizer.
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.
Esse é um vaso sanguíneo no corpo humano. Cercando o vaso sanguíneo há um tumor. Vamos injetar nanopartículas dentro do vaso sanguíneo e observar como eles viajam da corrente sanguínea para o tumor. Acontece que os vasos sanguíneos de muitos tumores são vazados, e as nanopartículas podem transpassar da corrente sanguínea para o tumor. Se elas transpassam, depende do seu tamanho. Portanto, nessa imagem as partículas azuis menores, com 100 nanômetros, estão transpassando, e as partículas vermelhas maiores, com 500 nanômetros, estão presas na corrente sanguínea. Isso significa, como engenheira, que, dependendo do tamanho de um material, eu posso mudar a direção dele, dentro do seu 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.
Em meu laboratório, recentemente criamos um nanodetector de câncer tão pequeno que pode percorrer o corpo humano procurando por tumores. Ele foi criado para ouvir a invasão de um tumor: a orquestra de sinais químicos que os tumores fazem ao se espalhar. Para o tumor se desprender do tecido em que se desenvolveu, ele precisa produzir substâncias chamadas enzimas para atravessar a malha de tecidos. Criamos essas nanopartículas para serem ativadas por essas enzimas. Uma enzima pode ativar mil dessas reações químicas em uma hora. Na engenharia, chamamos isso de uma escala de 1/1000, uma forma de amplificação, o que torna algo ultrassensível. Criamos um detector de câncer ultrassensível.
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.
Tudo bem, mas como transmito esse sinal para o mundo externo, onde eu possa fazer algo a respeito? Para isso, usaremos mais um exemplo de biologia em nanoescala, e tem a ver com o rim. O rim age como um filtro. Sua função é filtrar o sangue e eliminar resíduos através da urina. Acontece que o que o rim filtra também depende do tamanho. Nessa imagem, vocês conseguem ver que tudo menor que cinco nanômetros está indo do sangue, através do rim, para a urina, e o que é maior, é retido. Se crio um detector de câncer de 100 nanômetros, injeto-o na corrente sanguínea, ele chega até o tumor, onde é ativado pelas enzimas do tumor, e libera um pequeno sinal, pequeno o bastante para ser filtrado pelo rim e colocado na urina, e temos assim um sinal detectável no mundo externo.
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.
Tudo bem, mas tem mais um problema. Esse sinal é muito pequeno, então como eu o detecto? O sinal é apenas uma molécula. São moléculas que nós, engenheiros, criamos. São completamente sintéticas, então podem ser criadas para serem compatíveis com a ferramenta que escolhermos. Se utilizássemos um instrumento altamente sensível e sofisticado, chamado espectrômetro de massa, então criaríamos uma molécula de massa singular. Ou talvez preferimos utilizar algo mais barato e portátil. Então criaríamos moléculas que podemos capturar em papel, como um teste de gravidez. Na verdade, existe uma grande variedade de testes em papel que estão disponíveis em um campo chamado diagnósticos por testes 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.
Então, aonde quero chegar? O que vou lhes contar a seguir, como tenho sido pesquisadora minha vida inteira, representa um sonho que possuo. Não posso dizer que é uma promessa: é um sonho. Mas acho que todos precisamos ter sonhos para nos motivar, até, e talvez especialmente, pesquisadores de câncer.
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 lhes contar o que espero que aconteça com a minha tecnologia, e que meu time e eu nos dedicaremos de corpo e alma para que seja uma realidade. Tudo bem, aqui vai. Sonho que um dia, ao invés de ir a uma clínica cara para fazer uma colonoscopia, ou uma mamografia, ou um Papanicolau, você poderá tomar uma injeção, esperar por uma hora, e fazer um teste de urina em uma tira de papel. Imagino que isso poderia acontecer sem a necessidade de uma rede elétrica estável, ou um médico profissional no recinto. Talvez o médico esteja longe conectado apenas pela imagem em 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 isso pode parecer um sonho, porém no laboratório já fizemos testes em camundongos, que funcionam melhor do que os métodos existentes para a detecção de câncer de pulmão, cólon e ovário. E espero que isso signifique que um dia possamos detectar tumores em pacientes muito antes de dez anos após o seu crescimento inicial, em todas as formas de vida, em todo o mundo, e isso levaria a tratamentos precoces, e conseguiríamos salvar mais vidas do que conseguimos hoje, com a detecção precoce.
Thank you.
Obrigada.
(Applause)
(Aplausos)