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.
Trong không gian từng đủ chứa một tranzito, giờ đủ để chứa một tỷ tranzito như thế. Điều đó giúp một chiếc máy tính có kích thước bằng cả căn phòng giờ có thể đựng vừa trong túi bạn. Bạn có thể nói tương lai thật nhỏ bé.
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.
Là một kĩ sư, tôi được truyền cảm hứng từ cuộc cách mạng thu nhỏ của máy tính. Là một nhà vật lí học, tôi tự hỏi liệu chúng ta có thể dùng nó để giảm số lượng người chết vì một trong những căn bệnh lan rộng nhanh nhất trên Trái Đất: ung thư. Khi tôi nói điều đó, hầu hết mọi người nghĩ rằng chúng tôi đang nghiên cứu cách chữa trị ung thư. Và đúng vậy. Nhưng hóa ra có một cơ hội đáng kinh ngạc để cứu sống nhiều người nếu được phát hiện và phòng ngừa sớm ung thư.
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?
Trên thế giới, hơn 2/3 số ca chết vì ung thư hoàn toàn có thể ngăn ngừa được bằng những phương pháp mà ta đã biết đến ngày nay. Những thứ như vắc xin, chụp chiếu thường xuyên, và tất nhiên, ngừng hút thuốc. Nhưng ngay cả khi có những công cụ và kĩ thuật tối tân nhất, vài khối u không thể bị phát hiện đến khi chúng phát triển được 10 năm, khi đã có đến 50 triệu tế bào ung thư. Sẽ ra sao nếu có công nghệ tốt hơn để phát hiện những tế bào chết người này sớm hơn, khi chúng có thể bị cắt bỏ, khi chúng mới bắt đầu phát triển?
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 $10 part, and it fits on the end of an optical fiber. Now what that means is instead of taking a sample from a patient and sending it to the microscope, you can bring the microscope to the patient. And then, instead of requiring a specialist to look at the images, you can train the computer to score normal versus cancerous cells.
Để tôi cho bạn biết kĩ thuật thu nhỏ sẽ đưa ta đến đâu. Đây là chiếc kính hiển vi trong phòng thí nghiệm mà nhà giải phẫu bệnh dùng để xét nghiệm mẫu mô, như sinh thiết hay xét nghiệm tế bào cổ tử cung. Chiếc kính hiển vi trị giá 7000$ này phải được sử dụng bởi những người có nhiều năm được đào tạo chuyên về phát hiện tế bào ung thư. Đây là bức ảnh từ một đồng nghiệp của tôi ở trường đại học Rice, Rebecca Richards-Kortum. Những gì cô ấy và cả đội đã thực hiện là thu nhỏ cả chiếc kính hiển vi thành một bộ phận trị giá 10$, và gắn ở đầu của một sợi quang. Điều đó có nghĩa là thay vì lấy mẫu thử từ bệnh nhân và đem đi soi, ta có thể đem chiếc kính đến chỗ bệnh nhân Khi đó, thay vì cần một chuyên gia để xem xét ảnh chụp, ta có thể thiết lập để máy tính có thể phân biệt tế bào bình thường và ung thư.
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.
Điều này rất quan trọng, bởi vì điều họ phát hiện ra khi làm việc ở những vùng nông thôn là ngay cả khi họ có thể chụp chiếu di động trên xe, có thể đến tận nơi đó thực hiện việc kiểm tra và lấy mẫu thử gửi đến bệnh viện trung tâm để phân tích, vài ngày sau đó, người phụ nữ nhận được điện thoại báo kết quả bất thường và được mời đến gặp. Một nửa số họ không đến vì không đủ kinh phí đi lại. Với chiếc kính hiển vi được tích hợp và phân tích bằng máy tính, Rebecca và đồng nghiệp có thể tạo ra chiếc xe được thiết lập cả chẩn đoán và chữa trị bệnh. Điều đó có nghĩa là họ có thể chẩn đoán và thực hiện liệu pháp ngay tại chỗ, vì vậy không ai không thể theo kịp.
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.
Đó chỉ là một ví dụ cho việc thu nhỏ có thể cứu sống nhiều người. Là một kĩ sư, chúng tôi nghĩ về nó như một sự thu nhỏ đúng nghĩa. Bạn lấy một vật lớn và làm cho nó nhỏ lại. Nhưng những gì tôi nói với bạn về máy tính là chúng làm thay đổi cuộc sống của ta khi chúng trở nên nhỏ vừa đủ cho ta đem theo mọi nơi. Vậy sự thay đổi tương đương trong y học thì như thế nào? Tưởng tượng bạn có một máy dò tìm nhỏ đến mức chúng có thể lưu thông trong cơ thể bạn, tự tìm ra khối u và phát tín hiệu ra bên ngoài? Nghe cứ như khoa học viễn tưởng. Nhưng thật sự công nghệ nano cho phép chúng ta làm được điều đó. Công nghệ nano cho phép ta thu nhỏ bộ phận làm nên máy dò tìm từ độ rộng của một sợi tóc là 100 micro mét nhỏ hơn 1000 lần chỉ còn 100 nano mét. Điều đó có mối quan hệ mật thiết sâu sắc.
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.
Thì ra chất liệu có thể thay đổi đặc tính ở thước đo nano, Bạn lấy một chất liệu thông dụng như vàng, và nghiền nó ra thành bụi, thành những mẩu vàng nano, nó biến đổi từ màu vàng thành màu đỏ. Nếu bạn lấy một chất hiếm hơn như cadimi selenua tạo thành một khối tinh thể lớn màu đen nếu bạn tạo ra tinh thể nano từ chất liệu này bỏ vào trong chất lỏng, và chiếu sáng lên, chúng sẽ phát sáng. Và chúng phát ra màu lam, lục, vàng, cam, đỏ, chỉ tùy thuộc vào kích thước chúng. Thật là điên rồ! Bạn có thể tượng tượng một vật như thế trong thế giới vĩ mô? Như thể tất cả chiếc quần jeans trong tủ của bạn được làm hoàn toàn từ sợi bông, nhưng chúng có màu khác nhau chỉ dựa vào kích cỡ của chúng
(Laughter)
(Cười)
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.
Là một nhà vật lý học, điều thú vị không kém đối với tôi là không chỉ màu sắc của chất liệu thay đổi ở thước đo nano; cách chúng di chuyển trong cơ thể cũng thay đổi. Và đó là sự quan sát chúng tôi đang thực hiện để tạo ra máy dò tìm ung thư tốt hơn.
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.
Để tôi chỉ cho bạn thấy điều này. Đây là một mạch máu trong cơ thể. Bao quanh mạch máu là một khối u. Chúng tôi sẽ tiêm các phần tử nano vào mạch máu và xem cách chúng di chuyển từ dòng máu vào khối u. Hóa ra mạch máu của nhiều khối u có lỗ hở hở để phần tử nano có thể lọt ra khỏi dòng máu để vào khối u. Chúng có lọt ra hay không phụ thuộc vào kích thước của chúng. Nên trong ảnh này, cái nhỏ hơn, 100 nano mét, phần tử nano màu xanh đang lọt ra ngoài, và cái lớn hơn, 500 nano mét, phần tử nano màu đỏ đang bị mắc kẹt trong dòng máu. Nó có nghĩa là với tư cách một kĩ sư, tùy thuộc vào cách tôi làm một vật liệu to hay nhỏ, tôi có thể thay đổi nơi nó đi đến trong cơ thể bạn.
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.
Trong phòng thí nghiệm của tôi, gần đây chúng tôi tạo ra máy dò tìm ung thư nano nhỏ đến mức nó có thể di chuyển trong cơ thể và tìm kiếm khối u. Chúng tôi thiết kế chúng để lắng nghe sự xâm nhập của khối u; âm thanh của sự truyền tín hiệu hóa học khối u cần để lan rộng. Để một khối u thoát khỏi phần mô nó được sinh ra, nó cần tạo ra chất hóa học gọi là enzim để làm mòn khung mô. Chúng tôi thiết kế các phần tử nano này có thể được kích hoạt bởi enzim. Một enzim có thể kích hoạt 1000 phản ứng hóa học trong một giờ. Trong ngành kĩ thuật, chúng tôi gọi nó là sự khuếch đại tỉ lệ 1/1000, khiến cho nó cực nhạy. Nên chúng tôi đã làm được một máy dò tìm ung thư cực nhạy.
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.
Nhưng làm sao để tôi gửi tín hiệu đã kích hoạt này ra thế giới bên ngoài, nơi tôi có thể thao tác được? Để làm vậy, chúng tôi sử dụng một bộ phận nữa của sinh học phân tử nano, có liên quan đến quả thận. Thận là một bộ lọc. Công việc của nó là lọc máu và đưa chất thải ra nước tiểu. Hóa ra những gì thận lọc được cũng phụ thuộc vào kích thước Trong bức ảnh này, bạn có thể thấy thấy mọi thứ nhỏ hơn 5 nano mét đi từ máu, qua thận, vào trong nước tiểu, và mọi thứ lớn hơn đều được giữ lại. Nếu tôi làm một máy dò tìm ung thư 100 nano mét, tiêm vào trong máu, nó có thể lọt vào khối u và được kích hoạt bởi enzim khối u để phát ra dấu hiệu đủ nhỏ để được lọc ra khỏi thận và đi vào nước tiểu, tôi có được một dấu hiệu ra bên ngoài để tôi có thể phát hiện.
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.
Nhưng có một vấn đề nữa. Đó là một dấu hiệu rất nhỏ, vậy làm sao tôi phát hiện được? Thật ra, dấu hiệu cũng chỉ là một phân tử. Đó là những phân tử tôi tạo ra với tư cách là kĩ sư. Chúng hoàn toàn nhân tạo, và được thiết kế để tương thích với công cụ được lựa chọn. Nếu chúng tôi muốn dùng một công cụ đắt tiền cực nhạy gọi là là khối phổ kế, chúng tôi sẽ tạo một phân tử lớn nhất định Hay nếu chúng tôi muốn làm thứ gì đó rẻ và di động. Chúng tôi tạo phân tử có thể lấy được trên giấy như que thử thai. Trên thực tế, có rất nhiều bài kiểm tra trên giấy đang dần trở nên có giá trị trong lĩnh vực gọi là chẩn đoán trên giấy.
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.
Điều đó sẽ dẫn chúng ta đến đâu? Những gì tôi sắp nói tiếp theo, với tư cách một nhà nghiên cứu lâu năm thể hiện giấc mơ của tôi. Tôi không nói đó là một lời hứa, đó là một giấc mơ. Nhưng tôi nghĩ chúng ta cần có giấc mơ để luôn phấn đấu, ngay cả, và đặc biệt, với nhà nghiên cứu ung thư.
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.
Những gì tôi sắp nói với bạn là điều tôi hi vọng xảy ra với công nghệ, mà cả đội tôi và tôi luôn tận tâm tận lực để biến nó thành hiện thực. Đây, tôi ước rằng một ngày nào đó, thay vì phải dùng nhiều phương tiện chụp chiếu đắt tiền để nội soi đại tràng, chụp nhũ ảnh, hay xét nghiệm tế bào cổ tử cung, chỉ cần một mũi tiêm, chờ trong một giờ, và thử nước tiểu trên một mẩu giấy. Tưởng tượng điều đó có thể thực hiện mà không cần sự ổn định của nguồn điện, hay chuyên gia y tế ở đó. Họ có thể ở cách xa và được kết nối bằng hình ảnh trên điện thoại thông minh
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.
Tôi biết điều này như một giấc mơ nhưng trong phòng thí nghiệm chúng tôi đã thử nghiệm trên chuột, cho kết quả tốt hơn phương pháp hiện hữu trong việc chẩn đoán ung thư phổi, ung thư đại tràng và ung thư buồng trứng. Và tôi hi vọng điều này có nghĩa là một ngày nào đó chúng ta có thể phát hiện khối u ở bệnh nhân sớm hơn 10 năm sau khi chúng bắt đầu phát triển, ở mọi tầng lớp xã hội, ở mọi nơi trên toàn thế giới dẫn tới việc được điều trị sớm hơn, và ta có thể cứu được nhiều sinh mạng hơn bây giờ, nếu được phát hiện sớm hơn.
Thank you.
Cảm ơn.
(Applause)
(Vỗ tay)