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.
În spațiul în care încăpea un singur tranzistor acum au loc 1 miliard. Asta a permis ca un computer ce ocupa o cameră întreagă să încapă acum într-un buzunar. Ați putea spune că viitorul e mic.
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.
Ca ingineră, sunt inspirată de revoluția de miniaturizare a calculatoarelor. Ca medic, mă întreb dacă am putea s-o folosim pentru a reduce numărul de decese provocate de una dintre bolile cu cea mai rapidă răspândire de pe Pământ: cancerul. Când spun acest lucru, majoritatea persoanelor vor înțelege că lucrăm pentru a vindeca cancerul. Și o facem. Dar astfel am descoperit o oportunitate incredibilă de a salva vieți prin depistarea timpurie și prevenirea cancerului.
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?
Global, peste două treimi din decesele cauzate de cancer pot fi prevenite folosind tehnici de care dispunem deja astăzi. Lucruri ca vaccinarea, screening la timp și desigur, renunțarea la fumat. Dar chiar și cu cele mai bune intrumente și tehnologii de care dispunem azi, unele tumori nu pot fi depistate decât la 10 ani după ce au început să crească, când au deja 50 de milione de celule canceroase. Ce ar fi dacă am avea tehnologie mai avansată pentru a descoperi mai repede tipurile de cancer mai agresiv, când ar putea fi extirpate, când sunt încă la început?
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.
Să vă arăt cum miniaturizarea ne-ar putea ajuta în acest sens. Acesta este un microscop de laborator tipic, prin care un patolog observă un eșantion de țesut, de exemplu o biopsie sau un test Papanicolaou. Acest microscop în valoare de 7.000 $ ar fi folosit de un specialist cu ani de experiență în identificarea celulelor canceroase. Aceasta este o imagine de la o colegă de la Universitatea Rice, Rebecca Richards-Kortum. Împreuna cu echipa ei, au redus întregul microscop la dimensiunea unui teanc de monede care încape pe capătul unei fibre optice. Asta înseamna că în loc să iei un eșantion de la un pacient și să-l trimiți la microscop, poți duce microscopul direct la pacient. Apoi, în loc să ceri unui specialist să examineze imaginile, poți programa calculatorul să numere celulele normale și cele canceroase.
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.
Este un lucru important, deoarece ei au mai descoperit, lucrând cu comunități rurale, că și dacă dispun de un laborator mobil care are acces în comunități pentru a face analize, a aduna eșantioane pe care le trimit la spital pentru a fi evaluate, după câteva zile femeile sunt sunate din cauza unor rezultate anormale și sunt chemate la spital. Mai mult de jumătate nu se prezintă pentru că nu-și permit costurile de drum. Cu microscopul integrat și analize computerizate, Rebecca și colegii ei au reușit să construiască un laborator care dispune de intrumente pentru diagnosticare și pentru tratament. Asta înseamna că ei pot diagnostica și trata la fața locului, așa că nimeni nu ratează reexaminarea medicală.
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.
Acesta este doar un exemplu despre cum miniaturizarea poate salva vieți. Ca ingineri, numim asta miniaturizare directă. Iei un lucru mare și îl micșorezi. La început v-am spus cum calculatoarele ne-au transformat viața când au devenit destul de mici încât să le putem purta oriunde. Care este echivalentul acestei transformări în medicină? Ce-ar fi dacă ați avea un detector atât de mic încât să poată circula în organismul vostru, să găsească singur o tumoare și să trimită un semnal spre exterior? Pare SF. Totuși, nanotehnologia ne permite să facem asta. Nanotehnologia ne permite să micșorăm componentele unui detector de la 100 de microni, cât diametrul unui fir de păr, la 100 de nanometri, adică de 1.000 de ori mai mici. Asta are consecințe importante.
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.
Se pare că materialele își schimbă proprietățile la scară nanometrică. Să luăm ca exemplu un material comun ca aurul: dacă îl măcinați mărunt, până devine nanoparticule de aur, își schimbă culoarea din auriu în roșiatic. Dacă luați un material mai exotic, ca selenura de cadmiu -- un cristal mare și negru -- și-l transformați în nanocristale pe care le puneți într-un lichid, dacă le puneți sub lumină, vor străluci. Strălucesc în albastru, verde, galben, portocaliu, roșu, în funcție de mărimea lor. E ciudat! Vă puteți imagina un obiect asemănător în macrounivers? E ca și cum toți blugii voștri ar fi făcuți din bumbac, dar au culori diferite în funcție de mărimea lor.
(Laughter)
(Râsete)
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.
Ca medic, mi se pare interesant că nu doar culoarea materialelor se schimbă la scară nano; și modul în care circulă în corp se schimbă. De această observație ne vom folosi pentru a crea un detector de cancer mai performant.
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.
Să vă arăt la ce mă refer. Acesta este un vas de sânge din corpul vostru. În jurul vasului de sânge e o tumoare. Vom injecta nanoparticule în vasele de sânge și vom urmări cum trec din fluxul sanguin în tumoare. Se pare că vasele de sânge din multe tumori sunt permeabile, așa că nanoparticulele pot trece din fluxul sanguin în tumoare. Posibilitatea de a traversa depinde de mărimea lor. În această imagine, particule albastre, cele mai mici, de 100 de nanometri, pot trece, iar cele roșii, mai mari, de 500 de nanometri, sunt blocate în fluxul sanguin. Gândind ca inginer, asta înseamnă că în funcție de cât de mare sau mic creez un material, îl pot dirija în corp.
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.
În laboratorul meu am construit recent un nanodetector pentru cancer atât de mic încât poate călători în corp în căutare de tumori. L-am proiectat să asculte invazia tumorilor: orchestra semnalelor chimice de care tumorile au nevoie pentru a se răspândi. Pentru ca o tumoare să scape din țesutul în care a apărut, trebuie să creeze substanțe numite enzime ca să erodeze straturile țesutului. Am creat aceste nanoparticule să fie activate de enzime. O enzimă poate activa 1.000 de reacții chimice într-o oră. În inginerie asta se numește raport de unu-la-o-mie, o formă de amplificare, ceea ce face un lucru să fie ultrasensibil. Așadar am creat un detector de cancer ultrasensibil.
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.
Bun, dar cum aduc semnalul activat la exterior, unde pot lua măsuri? Pentru asta vom folosi un alt component nano-biologic care are legătură cu rinichii. Rinichiul este un filtru. Scopul lui este să filtreze sângele și să transporte deșeurile în urină. Dar ce filtrează rinichii depinde de asemenea de mărime. În această imagine vedeți cum orice mai mic de 5 nanometri trece din sânge prin rinichi în urină, iar ce este mai mare, este reținut. Dacă creez un detector de cancer de 100 de nanometri și-l injectez în sânge, poate pătrunde în tumoare, unde e activat de enzimele tumorale și emite un semnal destul de mic încât să fie filtrat de rinichi și introdus în urină, iar acum am un semnal care poate fi detectat la exterior.
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.
Bine, dar mai există o problemă. Acesta este un semnal mic, cum îl pot detecta? Semnalul este doar o moleculă. Sunt molecule create de ingineri, complet sintetice, le putem face așa încât să fie compatibile cu instrumentul ales. Dacă vrem să folosim un instrument sensibil și elegant, spectometru de masă, creăm o moleculă cu masă unică. Dacă vrem să creăm ceva mai ieftin și portabil, alegem molecule care pot fi prinse pe hârtie, ca un test de sarcină. De fapt, există o categorie mare de teste pe hârtie, care devin accesibile într-un sector numit diagnosticare pe hârtie.
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.
Încotro ne îndreptăm? Ce vă voi spune acum, ca cercetătoare de-o viață, reprezintă un vis de-al meu. Nu pot spune că e o promisiune; e un vis. Dar cred că toți trebuie să avem visuri care să ne stimuleze, chiar și -- sau poate mai ales -- cercetătorii de cancer.
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.
Vă voi spune ce sper eu că se va întâmpla cu tehnologia mea, pentru care eu și echipa mea lucrăm din tot sufletul să devină realitate. Asta este: visez ca într-o zi, în loc să mergeți la un laborator scump pentru o colonoscopie, o mamografie, sau un test Papanicolaou, să puteți face o injecție, așteptați o oră, apoi să faceți un test de urină pe hârtie. Îmi închipui că este realizabil chiar și fără energie electrică constantă sau în absența unui medic. S-ar putea afla la depărtare, dar conectat prin imaginea de pe 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.
Știu că sună doar ca un vis, dar în laborator testăm deja acest concept pe șoareci și funcționează mai bine decât alte metode de depistare a cancerului pulmonar, de colon și ovarian. Sper că asta înseamnă că într-o zi vom putea depista tumorile pacienților mai devreme de 10 ani de când au început să crească, în toate clasele sociale, în lumea întreagă, iar asta va duce la tratamente timpurii și astfel vom salva mai multe vieți decât reușim în prezent, prin depistarea timpurie.
Thank you.
Vă mulțumesc.
(Applause)
(Aplauze)