Nello spazio che prima occupava un transitor
ora possiamo metterne un miliardo.
Questo ha fatto sì che un computer grande come un'intera stanza
ora posso stare nelle vostre tasche.
Potreste dire che il futuro è piccolo.
Come ingegnere,
sono ispirata da questa rivoluzione miniaturizzante dei computer.
Come medico,
mi chiedo se potremmo usarla per ridurre il numero di decessi
dovuti a una delle malattia con il tasso di crescita più alto nel mondo:
il cancro.
Quando dico questo
quello che la maggior parte delle persone sente
è che stiamo lavorando per curare il cancro.
Ed è così.
Ma poi si scopre
che abbiamo una opportunità incredibile di salvare delle vite
grazie alla diagnosi e alla prevenzione.
In tutto il mondo, più di un terzo delle morti per cancro sono prevenibili
utilizzando metodi che abbiamo già a disposizione.
Cose come i vaccini, gli screening tempestivi
e, ovviamente, smettere di fumare.
Ma anche con i migliori strumenti e tecnologie disponibili
alcuni tumori non possono essere rilevati
fino a 10 anni dopo che hanno cominciato a crescere,
quando le cellule cancerose sono già 50 milioni.
E se avessimo tecnologie migliori
per scoprire prima qualcuno di questi tumori mortali,
quando ancora possono essere rimossi,
quando hanno appena cominciato?
Lasciatemi raccontare come la miniaturizzazione ci può aiutare.
Questo è un microscopio in un classico laboratorio
che il patologo userebbe per osservare il suo campione di tessuto,
come una biopsia o un pap-test.
Questo microscopio da 7000 dollari
verrebbe usato da qualcuno con anni di training specializzato
per trovare delle cellule tumorali.
Questa è un'immagine presa da una mia collega dell'Università di Rice,
Rebecca Richards-Kortum.
Lei e il suo laboratorio hanno miniaturizzato l'intero microscopio
in questo pezzo da 10 sterline,
che può stare all'estremità di una fibra ottica.
Questo significa che invece che prendere un campione dal paziente
e metterlo sotto il microscopio,
possiamo portare il microscopio nel paziente.
Poi, invece che utilizzare uno specialista per studiare le immagini
possiamo insegnare a un computer a distinguere
le cellule tumorali da quelle sane.
Questo è importante
perché quel che hanno scoperto lavorando nelle comunità rurali,
è che quando hanno un'unità diagnostica mobile
montata su un van
che può andare nelle comunità e fare gli esami
e raccogliere campioni
e mandarli all'ospedale per le analisi,
giorni dopo
se i risultati del test sono positivi le donne vengono chiamate
e viene chiesto loro di andare in ospedale.
Una buona metà di queste non si presenta perché non può permettersi il viaggio.
Con il microscopio integrato e le analisi computerizzate
Rebecca e i suoi colleghi hanno creato un furgone
che contiene sia un setup diagnostico che uno per il trattamento.
Questo significa che possono diagnosticare
e curare sul posto,
cosicché nessuno venga perso.
Questo è solo un esempio di come la miniaturizzazione possa salvare vite.
Ora, come ingegneri,
pensiamo a ciò come a una semplice miniaturizzazione.
Si prende una cosa grossa e la si rende piccola.
Ma quel che vi ho detto prima riguardo ai computer
è che hanno trasformato le nostre vite
quando sono diventati abbastanza piccoli per essere portati ovunque.
Quindi qual è la trasformazione equivalente nella medicina?
Ebbene, se aveste un rilevatore
così piccolo da poter viaggiare nel corpo,
trovare da solo il tumore
e segnalarlo all'esterno?
Sembra quasi fantascienza.
Ma le nanotecnologie ci permettono davvero di fare ciò.
Le nanotecnologie ci permettono di rimpicciolire le parti del rilevatore
dalle dimensioni di un capello umano,
cioè 100 microns,
a migliaia di volte in meno,
cioè 100 nanometri.
E questo ha delle profonde implicazioni.
Sappiamo che i materiali cambiano le loro proprietà
a scale microscopiche.
Prendete un materiale comune come l'oro,
macinatelo in polvere, in nanoparticelle d'oro,
e da dorato diventa rosso.
Se prendete un materiale più esotico come il selemiuro di cadmio -
forma un grosso cristallo nero -
se ne fate nanocristalli
e li mettete in un liquido,
e li illuminate,
risplendono.
E risplendono di blu, verde giallo, arancione, rosso,
a seconda della dimensione.
È incredibile! Riuscite a immaginare un oggetto così nel mondo macroscopico?
Sarebbe come avere nell'armadio diversi jeans tutti di cotone
ma di colori diversi a seconda della taglia.
(Risate)
Quindi come medico,
quello che mi interessa
non è solo il colore dei materiali
che cambia a scale microscopiche;
anche il loro modo di muoversi nel vostro corpo cambia.
E questo è il tipo di osservazioni che useremo
per costruire dei rilevatori di tumori migliori.
Lasciate che vi mostri cosa intendo.
Questo è un vaso sanguigno all'interno del corpo.
Intorno al vaso c'è un tumore.
Inietteremo nanoparticelle nel vaso sanguigno
e vedremo come viaggiano dal circolo ematico al tumore.
Si scopre che i vasi sanguigni di molti tumori perdono,
così le nanoparticelle possono colare fuori dal sangue al tumore.
Se colano o no dipende dalle dimensioni.
In questa immagine,
le particelle più piccole blu, da centinaia di nanometri,
colano fuori,
e quelle più grandi rosse, da 500 nanometri,
sono bloccate nel flusso sanguigno.
Da ingegnere questo vuol dire
che a seconda di quanto è grande il materiale
posso cambiare dove finirà nel corpo.
Nel mio laboratorio recentemente abbiamo generato dei nanodetector
così piccoli che possono viaggiare nel corpo cercando tumori.
Sono disegnati per ascoltare l'invasione tumorale:
l'orchestra di segnali chimici che i tumori devono emettere
per diffondersi.
Affinché un tumore scappi dal tessuto dove è nato
deve produrre delle molecole chiamate enzimi
che mastichino i tessuti di supporto.
Abbiamo disegnato queste nanoparticelle per essere attivate da questi enzimi.
In un'ora un enzima può attivare migliaia di queste reazioni chimiche.
In ingegneria consideriamo questo rapporto uno a mille
una forma di amplificazione,
che rende qualcosa ultrasensibile.
Quindi abbiamo fatto un rilevatore tumorale ultrasensibile.
Ok, ma come porto questi segnali all'esterno
dove possiamo agire?
Per questo useremo un altro trucco della biologia su nanoscala,
che ha a che fare con il rene.
I reni sono dei filtri.
Il loro lavoro è filtrare il sangue e buttare i rifiuti nell'urina.
Succede che anche ciò che è filtrato dai reni
dipende dalle dimensioni.
Come potete vedere in questa immagine
tutto ciò che è più piccolo di 5 nanometri
esce dal sangue, attraverso i reni e va nell'urina,
e tutto il resto che è più grande è trattenuto.
Ok, quindi se costruiamo un rilevatore tumorale di 100 nanometri,
lo iniettiamo nel sangue,
fuoriesce nel tumore dove viene attivato dagli enzimi tumorali,
rilascia piccoli segnali
che sono abbastanza piccoli da essere filtrati dai reni
e finire nell'urina,
abbiamo un segnale che arriva all'esterno e può essere rilevato.
Ok, ma c'è un altro problema.
Questo segnale è piccolissimo,
come lo rileviamo?
Bene, questo segnale è solo una molecola.
Sono molecole che abbiamo disegnato noi ingegneri.
Sono completamente sintetiche e possiamo disegnarle affinché
siano compatibili con uno strumento di nostra scelta.
Se vogliamo usare uno strumento molto sensibile e stravagante
chiamato spettrometro di massa,
allora useremo una molecola con una massa specifica.
Oppure potremmo volere fare qualcosa che sia più economico e portatile.
Allora faremo molecole che possono essere intrappolate nella carta,
come un test di gravidanza.
Infatti c'è un intero mondo di test di carta
che stanno diventando disponibili nel campo chiamato diagnostica della carta
D'accordo, dove ci porta tutto questo?
Quello che sto per dirvi,
in quanto ricercatrice da una vita,
rappresenta un mio sogno.
Non posso dire che sia una promessa;
è un sogno.
Ma credo che tutti possiamo avere sogni che ci spingono ad andare avanti,
anche, e forse soprattutto, chi fa ricerca sul cancro.
Sto per dirvi quello che spero succederà con la mia tecnologia,
che io e il mio team stiamo cercando con tutte le nostre forze
di rendere realtà.
Ok, ecco qui.
Sogno che un giorno,
invece che andare in un costoso centro diagnostico
per fare una colonoscopia
o una mammografia
o un pap-test,
si possa fare un'iniezione,
aspettare un'ora,
e fare un test delle urine su una striscia di carta.
Immagino che si potrebbe fare
addirittura senza bisogno di elettricità,
o un medico specializzato nella stanza.
Magari potrebbero stare lontani
e connettersi solo attraverso uno smartphone.
Ora mi rendo conto che sembra un sogno,
ma in laboratorio funziona già con i topi,
con cui funziona meglio dei metodi attuali
per la rilevazione del cancro ai polmoni, al colon e alle ovaie.
E spero che ciò significhi
che un giorno potremo rilevare i tumori nei pazienti
prima che siano passati 10 anni dal loro inizio,
da qualsiasi parte,
ovunque nel mondo,
e spero che questo possa portare a trattamenti precoci
e che possa salvare più vite di quel che riusciamo a fare oggi,
con una diagnosi tempestiva.
Grazie.
(Applausi)