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.
На місці, де колись вміщався один транзистор, ми тепер можемо вмістити один мільярд. Завдяки цьому комп’ютер, що колись займав цілу кімнату, тепер лежить у нас у кишені. Можна сказати, що майбутнє маленьке.
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.
Мене, як інженера, надихає революція мініатюризації в комп’ютерах. Як лікар, я думаю чи могли б ми використати це, щоб зменшити кількість втрачених життів через одну з найпоширеніших хвороб на Землі - - рак. Коли я це сказала, більшість людей подумали, що ми працюємо над ліками від раку. Це справді так. Але виявляється, що існує неймовірна можливість рятувати життя завдяки ранньому виявленню та попередженню раку.
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?
В усьому світі три чверті смертей, спричинених раком, можна попередити, використовуючи наявні сьогодні методи. Це вакцинація і вчасні обстеження. І, звісно, варто кинути палити. Але навіть за допомогою найкращих сьогоденних технологій деякі пухлини ми не в змозі виявити. Аж поки не мине 10 років від початку їхнього росту. Тоді коли вони вже містять 50 мільйонів клітин раку. Що якби ми мали кращі технології для раннього виявлення деяких видів смертельного раку, тоді коли вони ще операбельні, коли вони тільки почали рости?
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 $10 part, and it fits on the end of an optical fiber. Now what that means is instead of taking a sample from a patient and sending it to the microscope, you can bring the microscope to the patient. And then, instead of requiring a specialist to look at the images, you can train the computer to score normal versus cancerous cells.
Хочу розповісти вам, як мініатюризація може нам допомогти. Це мікроскоп у типовій лабораторії. Патолог використовує його, щоб розглянути зразки тканин, на кшталт біопсії або мазку з шийки матки. Цей мікроскоп, вартістю 7 тисяч доларів, використовуватиме людина, яка роками навчалася розпізнавати клітини раку. Це фото моєї колеги з Університету Райс Ребекки Ричардс-Кортум. Вона та її колеги зменшили той мікроскоп до детальки ціною 10$, що вміщається на кінчику оптоволокна. Це означає, що замість брати аналізи у пацієнта і відправляти їх під мікроскоп, ми можемо помістити мікроскоп у пацієнта. І замість того, щоби спеціалісти роздивлялись фото, ми можемо натренувати комп’ютер відрізняти нормальні клітини від ракових.
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.
Це важливо, бо працюючи в селах, вони дізналися, що навіть коли туди діставався автобус для проведення скринінгу, забору аналізів та оглядів, які потім відправляють до центрального шпиталю на аналіз, пізніше, за кілька днів, жінкам, які мають погані результати, дзвонять і просять приїхати. Половина з них ніколи не з’являється, бо не може собі цього дозволити. З інтегрованим мікроскопом та комп’ютерним аналізом Ребекка та її колеги змогли створити автобус, який має змогу проводити і діагностику, і лікування. Це означає, що вони здатні діагностувати та розпочати терапію на місці, щоби всі пацієнти отримали лікування.
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.
Це тільки один приклад, як мініатюризація може рятувати життя. Як інженери, ми сприймаємо мініатюризацію дуже лінійно. Береш велику річ і зменшуєш. Але я вже розповідала про комп’ютери, які змінили наше життя, коли стали достатньо маленькими, щоб ми носили їх всюди з собою. То що ж могло б так само змінити медицину? Що, якби ви мали детектор, такий маленький, що він був би здатний циркулювати вашим тілом, самостійно виявляти пухлину і відсилати сигнал у зовнішній світ? Звучить як наукова фантастика. Але, насправді, нанотехнології дають нам змогу робити саме це. Нанотехнології дають змогу зменшити частини, з яких складається детектор, з ширини людської волосини, а це 100 мікронів, до ширини, в тисячу разів меншої - до 100 нанометрів. Це має велике значення.
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.
Виявляється, матеріали можуть змінювати свої властивості у наномасштабах. Беремо звичайний матеріал на кшталт золота і розтираємо його у пил, у золоті наночасточки, і золото виглядає вже не золотим, а червоним. Якщо взяти більш екзотичний матеріал, скажімо селенід кадмію - він виглядає як великий чорний кристал - якщо зробити з нього нанокристали, покласти їх у рідину і направити на них світло, вони світяться. Світяться синім, зеленим, жовтим, помаранчевим і червоним. Це залежить лише від їхнього розміру. Неймовірно! Можете уявити собі такий предмет у макросвіті? Це так наче всі ваші джинси, зроблені з бавовни, мали б різні кольори залежно від розміру.
(Laughter)
(Сміх)
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.
Як лікаря, окрім зміни кольору матеріалів, мене цікавлять інші зміни у наномасштабі. Змінюється з те, як вони рухаються по нашому тілу. І саме ці спостереження ми будемо використовувати, щоб зробити кращі детектори раку.
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.
Поясню, що я маю на увазі. Це кровоносна судина, оточена пухлиною. Ми збираємося ввести наночастини у судину і подивитися, як вони рухатимуться з кров’яного потоку у пухлину. Виявляється, що кровоносні судини пухлин не щільні, і наночастини можуть виливатися з кров’яного потоку до пухлини. Чи це станеться, залежить від їхнього розміру. На цьому малюнку менші, сині наночастинки завбільшки 100-нанометрів, витікають а червоні, більші, завбільшки 500-нанометрів, застрягають у кров’яному потоці. Це означає, що залежно від того маленьким чи великим я зроблю матеріал, я можу скерувати, куди він піде в нашому тілі.
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.
У моїй лабораторії ми нещодавно зробили нанодетектор раку, такий маленький, що він зможе рухатися тілом у пошуку пухлин. Він може прислуховуватися до вторгнення пухлини, оркестру хімічних сигналів, що необхідний їй для розповсюдження. Щоб пухлина вирвалася з тканини, де вона зародилася, вона має виробити ферменти, щоб прокласти собі шлях з тканин. Ми створили наночастинки, що активуються цими ферментами. Один фермент може активувати тисячі хімічних реакцій впродовж години. Ми називаємо це кофіцієнтом підсилення один до тисячі, що робить детектор дуже чутливим. Ми зробили ультрачутливий детектор раку.
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.
Добре, але як отримати цей активований сигнал у зовнішньому світі, що можна зробити? Для цього використаємо біологічну наночасточку, пов’язану з нирками. Нирка - фільтр. ЇЇ завдання - очищувати кров і виводити зайве із сечею. Виявилося, що те, що виводять нирки, також залежить від розміру. Тож на малюнку ви бачите: все, що менше за 5 нанометрів, буде виведену з крові через нирки у сечею, а все, що більше, залишиться. Тож якщо я зроблю детектор завбільшки 100 нанометрів і введу його у кров’яний потік, він зможе дістатися пухлини, де активує ферменти пухлини і видасть маленький сигнал достатньо маленький, щоб нирки його вивели з сечею. І я матиму сигнал у зовнішньому світі, який зможу ідентифікувати.
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.
Але є одна проблема. Сигнал малюсінький. Як мені його розпізнати? Сигнал - це просто молекула. Є молекули, які ми спроектували, вони повністю синтетичні і сумісні з обраними нами інструментами. Якщо використати дуже чутливий, складний інструмент під назвою спектрометр маси, ми зможемо зробити молекулу з унікальною масою. Або можна зробити щось дешевше й портативне. Наприклад, молекулу, яку можна виявити на папері, як тест на вагітність. У світі існує багато паперових тестів, що стають все доступнішими - це називається паперова діагностика.
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.
І що нам з цим робити? Я ділюся з вами дослідженнями, що їх веду протягом життя. Вони відображають мою мрію. Я не можу назвати це обіцянкою, це мрія. Мені здається, всі ми маємо мати мрії, що штовхають нас уперед, навіть - і особливо - дослідників раку.
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 сподіваюся, що ми з моєю командою втілимо технологію, в яку вкладаємо наші серця та душі. Отже. Я мрію, що колись замість дорогої діагностики, щоб отримати результат колоноскопії, мамограми чи мазку з шийки матки, можна буде зробити укол, зачекати годинку і провести тест сечі на смужці паперу. Я уявляю, що це можна буде зробити навіть за відсутності електроенергії або медичного персоналу в кімнаті. Можливо, вони будуть далеко але отримають від вас зображення на смартфон.
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.
Це може звучати як сон, але у лабораторіях це вже працює на мишах - і працює краще за відомі методи виявлення раку легень, прямої кишки та яєчників. Сподіваюсь, це означає, що колись ми зможемо виявляти пухлини у пацієнтів раніше ніж через 10 років від початку росту пухлини. В усіх прошарках суспільства по всьому світу. І це забезпечить раннє лікування, і ми зможемо врятувати більше життів, ніж нам під силу сьогодні. Завдяки ранній діагностиці.
Thank you.
Дякую.
(Applause)
(Оплески)