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.
В пространство, которое раньше занимал один транзистор, теперь можно поместить миллиард. Благодаря этому компьютер, раньше занимавший целую комнату, теперь помещается в карман. Можно сказать, что будущее миниатюрно.
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.
Как инженера меня вдохновляет эта революция миниатюризации в компьютерах. Как врачу мне интересно, как это можно использовать для сокращения смертности от одной из самых быстро распространяющихся болезней на Земле — рака. Когда я так говорю, большинство людей думает, что мы работаем над излечением рака. Так оно и есть. Но оказывается, есть невероятная возможность спасать жизни, используя раннюю диагностику и профилактику рака.
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?
Две трети смертей от рака можно предотвратить, используя методы, которые у нас уже есть. Например, вакцинация, своевременные обследования и, конечно, отказ от курения. Но даже лучшие современные инструменты и технологии не позволяют обнаружить некоторые опухоли раньше, чем через 10 лет после того, как они начали развиваться, когда их размах уже достигает 50 миллионов раковых клеток. Но что, если бы у нас были лучшие технологии, чтобы определить эти наиболее смертельно опасные виды рака раньше, когда опухоль ещё можно удалить, когда болезнь только начинается?
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.
Позвольте рассказать, как миниатюризация может помочь нам в этом. Такой микроскоп в обычной лаборатории использует патоморфолог, чтобы исследовать образец ткани, например, биопсию или мазок из шейки матки. С таким микроскопом за 7 000 долларов может обращаться только подготовленный специалист, годами практиковавшийся в выявлении раковых клеток. Это фотография моей коллеги из Университета Райса Ребекки Ричардс-Кортум. Она и её команда уменьшили целый микроскоп до одной детали размером в 10 долларов, которая помещается на конце оптоволоконного кабеля. Это значит, вместо того, чтобы брать образец у пациента и отправлять на анализ под микроскопом, вы можете принести микроскоп к пациенту. И вместо того, чтобы специалист изучал изображение, вы можете запрограммировать компьютер отмечать здоровые и раковые клетки.
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.
Это особенно важно, учитывая то, как это сейчас происходит в сельских местностях. Даже если у них имеется мобильный диагностический пункт, они разъезжают по деревням, проводят там обследования, собирают образцы и отправляют на анализ в центральную больницу. Через несколько дней женщинам звонят, сообщают об отклонениях в анализах и приглашают на приём. Половина из них не является, потому что они не могут позволить себе поездку. Со встроенным микроскопом и компьютерном анализом Ребекка и её коллеги могут создать мобильный пункт, оснащённый и диагностическим, и лечебным оборудованием. Это значит, что они могут провести диагностику и лечение незамедлительно, так что ни один пациент не выпадет из наблюдения.
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.
Это всего один пример того, как уменьшение размеров может спасать жизни. Как инженеры мы подразумеваем уменьшение в буквальном смысле: берёте что-то большое и уменьшаете его в размерах. Но, как я уже говорила, компьютеры изменили нашу жизнь после того, как стали достаточно маленькими, чтобы можно было взять их с собой. Что могло бы стать эквивалентом таких перемен в медицине? Что, если бы у нас был прибор, крошечный настолько, что он перемещался бы у вас внутри, самостоятельно находил опухоли и посылал сигналы во внешний мир? Это похоже на научную фантастику. Но на самом деле нанотехнологии позволяют нам делать именно это. Нанотехнологии позволяют уменьшить элементы, из которых состоит прибор, от толщины волоса — это 100 микрон — до размера в тысячи раз меньше, то есть 100 нанометров. Это имеет глубокие последствия.
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.
Оказывается, материалы действительно меняют свои свойства в наномасштабе. Вы берёте обычный материал вроде золота, измельчаете его в пыль до золотых наночастиц и он меняет цвет с золотого на красный. Если вы возьмёте более экзотичный материал, такой как селенид кадмия в больших чёрных кристаллах, сделаете из него нанокристаллы и поместите в жидкий раствор под солнечные лучи, то они засверкают. Они сияют синим, зелёным, жёлтым, оранжевым и красным в зависимости от размера. Полный восторг! Вы можете представить себе нечто подобное в макромире? Это как если бы все джинсы в вашем шкафу, сделанные из хлопка, были разного цвета в зависимости от размера.
(Laughter)
(Смех)
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.
Как врача меня интересует не только то, что в наномасштабе изменяется цвет материалов, но и то, что меняются пути их перемещения по телу. Это наблюдение мы и собираемся использовать при создании лучшего детектора рака.
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.
Позвольте показать, что я имею в виду. Это кровеносный сосуд в теле. Вокруг него — опухоль. Мы внедрим наночастицы в кровеносный сосуд и посмотрим, как они перемещаются из кровотока в опухоль. Кровеносные сосуды многих опухолей негерметичны, и наночастицы могут проникнуть в опухоль из кровотока. Произойдёт ли это, зависит от размера частиц. На этом изображении меньшие частицы голубого цвета размером 100 нанометров проникают внутрь, а более крупные — красные частицы размером 500 нанометров — застревают в кровотоке. Таким образом как инженер путём увеличения или уменьшения размеров частиц материала я смогу повлиять на то, куда он попадёт в вашем теле.
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.
Недавно в моей лаборатории мы создали нанодетектор рака, настолько крошечный, что он может перемещаться по телу и искать опухоли. Мы настроили его прислушиваться ко вторжению опухоли — к оркестру химических сигналов, которые опухоль посылает, чтобы разрастаться. Опухоль зарождается в плотной оболочке и вынуждена производить специальные ферменты, чтобы выбраться из этой плотной ткани. Наши нанодетекторы активируются этими ферментами. Один фермент может запускать тысячу химических реакций в час. В инженерии мы называем такую пропорцию 1:1000 формой амплификации, и она создаёт нечто сверхчувствительное. Поэтому и мы создали сверхчувствительный детектор рака.
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.
Но как доставить этот сигнал во внешний мир, где я смогу отреагировать на него? Для этого мы ещё раз воспользуемся нанотехнологиями в биологии и применим их к работе почек. Почка — это фильтр. Её работа — фильтровать кровь и отправлять отходы в мочу. И что именно почка фильтрует, оказывается, тоже зависит от размера. На этом изображении вы видите, как всё, что меньше пяти нанометров, через почки из крови попадает в мочу, а всё, что крупнее, — остаётся. То есть если я сделаю детектор рака размером 100 нанометров, внедрю в кровеносную систему, где он проникнет в опухоль и будет активирован специфическими ферментами, чтобы отправить сигнал маленький настолько, чтобы почки его отфильтровали и он оказался в моче, то я смогу доставить этот сигнал во внешний мир, где его можно определить.
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.
Но есть ещё одна проблема. Если этот сигнал такой крошечный, как мне его расшифровать? Сигнал — это всего лишь молекула. Это молекулы, которые мы сами создали. Они полностью искусственные, и мы можем создавать их так, чтобы они подходили под выбранное нами оборудование. Если мы хотим использовать такой чувствительный и сложный инструмент, как масс-спектрометр, то мы создадим молекулу с уникальной массой. Если мы захотим использовать что-то более недорогое и мобильное, то мы создадим молекулы, которые можно уловить на бумаге, как тест на беременность. Уже существует целый мир бумажных тестов, которые доступны в отрасли так называемой «бумажной диагностики».
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.
Куда нас всё это приведёт? То, что я вам сейчас расскажу, для меня как исследователя является сáмой большой мечтой. Я не могу сказать, что это обещание, — это мечта. Но мне кажется, у всех должны быть мечты, заставляющие двигаться вперёд, даже — а, может, и особенно — у исследователей рака.
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.
Я расскажу вам о том, что, надеюсь, однажды произойдёт с технологией, в которую я и моя команда вложили всю душу, чтобы сделать её реальностью. Итак, я мечтаю, что однажды, вместо того, чтобы ехать в дорогостоящий диагностический центр и пройти колоноскопию, сделать маммографию или сдать мазок, вы сможете сделать укол, подождать час и сделать тест мочи на бумажной полоске. Я представляю себе, что для этого даже не понадобится электричество или медицинский специалист в комнате. Может, он будет где-то далеко, на связи лишь через экран смартфона.
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.
Я знаю, что это звучит, как мечта, но в лаборатории мы уже проверили это на мышах и получили результат лучше, чем все существующие методы диагностики рака лёгких, кишечника и яичников. Я надеюсь, это значит, что однажды мы сможем диагностировать опухоли у пациентов раньше, чем через 10 лет после того, как те начали расти, у любых слоёв населения по всему миру. Это приведёт к более раннему лечению, и с ранней диагностикой мы сможем спасти больше жизней, чем сегодня.
Thank you.
Спасибо.
(Applause)
(Аплодисменты)