Do priestoru, ktorý kedysi zaberal jeden tranzistor,
ich dnes dokážeme umiestniť miliardu.
To umožnilo, že počítač veľkosti celej miestnosti
sa dnes zmestí do vášho vrecka.
Dalo by sa povedať, že budúcnosť je malá.
Ako inžinierku
ma táto revolúcia v miniaturizácii počítačov inšpiruje.
Ako lekárka
som zvedavá, či ju dokážeme využiť na zníženie počtu životov, ktoré strácame
v dôsledku jednej z najrýchlejšie rastúcich chorôb na Zemi:
rakoviny.
Teraz keď to hovorím,
väčšina ľudí ma počuje hovoriť, že pracujeme na liečbe rakoviny.
A my pracujeme.
Ale ukazuje sa,
že tu existuje neuveriteľná príležitosť zachrániť životy
včasným odhalením a prevenciou rakoviny.
Celosvetovo sa dá viac ako 2/3 úmrtí na rakovinu úplne zabrániť
použitím metód, ktoré máme práve teraz v rukách.
Vecami ako očkovanie, včasné vyšetrenie
a samozrejme nefajčenie.
Ale aj s tými najlepšími prístrojmi a technológiami, ktoré dnes máme,
niektoré nádory nedokážeme zistiť
skôr ako 10 rokov po tom, ako začali rásť,
kedy už obsahujú 50 miliónov rakovinových buniek.
Čo keby sme mali lepšie technológie
na záchyt týchto smrtiacich rakovinových nádorov skôr,
keď ešte môžu byť odstránené,
keď ešte iba začínajú rásť?
Dovoľte mi vám porozprávať o tom, ako nám to miniaturizácia môže umožniť.
Toto je mikroskop v typickom laboratóriu,
ktorý používa patológ pri prezeraní vzorky tkaniva,
ako je biopsia či cytologický ster Pap.
Tento 7-tisíc dolárový mikroskop
je používaný niekým s rokmi špecializovaného tréningu
na zachytenie nádorových buniek.
Toto je obrázok od mojej kolegyne z Rice University,
menom Rebecca Richards-Kortum.
Ona a jej tím pracuje na miniaturizácii celého mikroskopu
do tejto 10-dolárovej časti,
ktorá pasuje na koniec optického vlákna.
Znamená to, že namiesto odobratia vzorky z pacienta
a jej preskúmania pod mikroskopom,
môžete priniesť mikroskop do pacienta.
A potom, na rozdiel od potreby špecialistu, ktorý by si pozrel obrázky,
môžete naučiť počítač hodnotiť normálne a rakovinové bunky.
Toto je dôležité;
pretože pri práci vo vidieckych oblastiach prišli na to,
že aj keď mali mobilnú skríningovú dodávku,
s ktorou mohli vyraziť do oblasti vykonávať vyšetrenia,
odoberať vzorky
a posielať ich do centrálnej nemocnice na analýzu,
tak o niekoľko dní neskôr
sa telefonovalo ženám s abnormálnymi výsledkami,
aby navštívili nemocnicu.
Polovica z nich neprišla, pretože si nemohli cestu dovoliť.
S integrovaným mikroskopom a počítačovou analýzou
budú Rebecca a jej kolegovia schopní postaviť dodávku,
ktorá bude mať diagnostické aj liečebné vybavenie.
A to znamená, že budú schopní stanoviť diagnózu
a vykonať liečbu priamo na mieste,
takže každý si to bude môcť dovoliť.
To je iba jeden príklad toho, ako dokáže miniaturizácia zachraňovať životy.
Ako inžinieri
to vnímame ako priamu miniaturizáciu.
Vezmeš veľkú vec a urobíš ju malou.
Ale o počítačoch som vám predtým povedala,
že zmenili naše životy
keď sa stali tak malými, že sme si ich mohli zobrať kamkoľvek.
Takže čo je podobný transformačný ekvivalent v medicíne?
Čo keby ste mali detektor,
ktorý by bol taký maličký, že by mohol cirkulovať vo vašom tele
a sám tam nájsť nádor
a vyslať o tom signál do vonkajšieho sveta?
Znie to trochu ako science fiction.
Ale v skutočnosti nám to nanotechnológia umožňuje urobiť presne takto.
Nanotechnológia nám umožňuje zmenšiť časti, ktoré tvoria detektor,
z hrúbky ľudského vlasu,
čo je cca 100 mikrometrov,
tisícnásobne,
čo je 100 nanometrov.
A to má závažné dôsledky.
Ukázalo sa, že materiály menia svoje vlastnosti
pri rádoch nanometrov.
Vezmete bežný materiál ako zlato,
rozdrvíte ho na prach, do zlatých nanočastíc,
a ono sa zmení zo zlatej na červenú farbu.
Ak vezmete exotickejší materiál, napríklad selenid kademnatý –
– tvorí veľké, čierne kryštály –
ak urobíte z neho nanokryštály,
vložíte ich do tekutiny
a zasvietite na ne,
začnú žiariť.
A žiaria modro, zeleno, žlto, oranžovo, červeno,
v závislosti iba na ich veľkosti.
Divočina! Dokážete si predstaviť podobný objekt v makrosvete?
Bolo by to akoby všetky vaše džínsy v skrini, vyrobené z bavlny,
mali rôznu farbu v závislosti iba od svojej veľkosti.
(smiech)
Z pohľadu lekára
je pre mňa rovnako zaujímavé,
že nielen farba materiálov
sa pri nanometrových rozmeroch mení;
mení sa tiež spôsob, akým vo vašom tele cestujú.
A toto je vlastnosť, ktorú sa chystáme využiť
na výrobu lepšieho detektora rakoviny.
Dovoľte mi ukázať, čo tým myslím.
Toto je krvná cieva v tele.
Cievu obklopuje nádor.
Chystáme sa aplikovať nanočastice do krvnej cievy
a sledovať, ako budú cestovať z krvného obehu do nádoru.
Ukázalo sa, že krvné cievy väčšiny nádorov netesnia
a tak nanočastice môžu preniknúť z krvného obehu do nádoru.
Či sa tak stane, závisí od ich veľkosti.
Takže na tomto obrázku
menšie 100-nanometrové modré nanočastice prenikajú
a väčšie 500-nanometrové červené nanočastice
zostávajú v krvnom obehu.
To znamená, že ako inžinierka,
v závislosti na tom, aký veľký či malý materiál vyrobím,
dokážem zmeniť to, kam sa vo vašom tele dostane.
V mojom laboratóriu sme nedávno vyrobili rakovinový nanodetektor,
ktorý je taký malý, že dokáže cestovať v tele a hľadať nádory.
Vytvorili sme ho tak, aby „počúval“ nádorové prerastanie;
orchestru chemických signálov, ktorý nádor potrebuje na to, aby sa šíril.
Aby sa nádor vymanil z tkaniva, v ktorom vznikol,
musí vyrábať látky nazývané enzýmy,
aby sa „prehrýzol“ cez „lešenie“ tkanív, ktoré ho obklopuje.
Vytvorili sme tieto nanočastice tak, aby ich tieto enzýmy aktivovali.
Jeden enzým dokáže aktivovať tisíc týchto chemických reakcií za hodinu.
Ako inžinieri voláme tento pomer
spôsob zosilnenia jedna ku tisíc
a znamená to, že robí niečo veľmi citlivým.
Takže sme vyrobili extrémne citlivý rakovinový detektor.
V poriadku, a ako teda dostanem tento signál do vonkajšieho sveta,
kde môžem potom konať?
Na to sa chystáme použiť iný druh nanobiológie,
ktorý má niečo do činenia s obličkami.
Obličky sú filter.
Ich úlohou je filtrovať krv a vylučovať odpad do moču.
Ukázalo sa, že to, čo obličky filtrujú
je takisto závislé od veľkosti.
Takže na tomto obrázku môžete vidieť
ako všetko menšie ako 5 nanometrov
odchádza z krvi cez obličky do moču
a všetko väčšie je zachytené.
Takže ak vyrobím 100-nanometrový rakovinový detektor
a vstreknem ho do krvného obehu,
dokáže vniknúť do nádoru, kde bude aktivovaný jeho enzýmami
a vyšle malý signál,
ktorý je dostatočne malý, aby bol odfiltrovaný obličkami
do moču.
Tak mám signál vo vonkajšom svete, ktorý dokážem detegovať.
Ale je tu ešte jeden problém.
Je to veľmi malý a slabý signál,
takže ako ho dokážem zachytiť?
Signál je iba molekula.
Existujú molekuly, ktoré sme ako inžinieri vyrobili.
Sú kompletne syntetické a môžeme ich navrhnúť tak,
že sú kompatibilné s nástrojom, ktorý si zvolíme.
Ak chceme použiť skutočne citlivý špičkový prístroj,
nazývaný hmotnostný spektrometer,
tak vyrobíme molekulu s jedinečnou hmotnosťou.
Alebo možno chceme vyrobiť niečo, čo je lacnejšie a prenosné.
Vtedy vyrobíme molekuly, ktoré môžme zachytiť „na papier“,
podobne ako tehotenský test.
Existuje obrovské množstvo rôznych detekčných testov,
ktoré začínajú byť dostupné v odbore známom ako „papierová diagnostika“.
V poriadku, kam sa týmto dostávame?
Teraz vám poviem o niečom,
čo je pre mňa ako celoživotného vedca
snom.
Nemôžem povedať, že je to sľub;
je to sen.
Ale myslím si, že všetci musíme mať sny, ktoré nás posúvajú dopredu,
dokonca – a možno najmä – výskumníci rakoviny.
Poviem vám, v čo dúfam, že sa stane s našou technológiou,
do čoho ja a môj tým vložíme naše srdcia a duše,
aby sa to stalo realitou.
O.k., tu to je.
Snívam, že jedného dňa,
na rozdiel od absolvovania drahej diagnostiky,
kolonoskopie,
mamografie
alebo steru z krčka maternice,
dostanete injekciu,
hodinu počkáte
a urobíte si test s prúžkom papiera zo vzorky vášho moču.
Predstavujem si, že by to bolo možné
dokonca bez elektriny
alebo zdravotníckeho profesionála v miestnosti.
Možno by mohli byť ďaleko
a spojení iba obrázkom na smartfóne.
Viem, že to teraz znie ako sen,
ale v laboratóriu už máme tento postup u myší,
kde funguje lepšie ako existujúce metódy
na detekciu rakoviny pľúc, hrubého čreva a vaječníkov.
A ja dúfam, že to znamená,
že jedného dňa dokážeme detegovať nádory u pacientov
skôr ako 10 rokov po tom, čo začnú rásť.
U všetkých spoločenských vrstiev,
všade na planéte,
že to povedie k včasnejšej liečbe
a že včasnou detekciou dokážeme zachrániť viac životov než dnes.
Ďakujem vám.
(potesk)