Ez az apró részecske képes megtalálni a daganatot a testünkben

Mi lenne, ha képesek lennénk megtalálni a rákos daganatokat még az előtt, hogy árthatnának nekünk; -- drága szűrőállomások, sőt elektromosság nélkül is? Sangeeta Bhatia orvos, biomérnök és vállalkozó több szakterülettel foglalkozó labort vezet, mely újszerű módon kutat, hogy megértse, diagnosztizálja és kezelje az emberi betegségeket. A rák okozta elhalálozások kétharmada teljesen megelőzhető – mondja. Figyelemre méltó egyszerűséggel beszél a nanorészecskék tudományáról. Álma olyan gyökeresen új rákteszt, amely milliók életét mentheti meg.

Egy akkora helyen, ahol egykor
egyetlen tranzisztor fért el,

ma már 1 milliárdot helyezhetünk el.

Így lehetséges az, hogy egy
egész szobát betöltő számítógép

mára elfér a zsebünkben.

Mondhatjuk: a jövő apró.

Mérnökként

a számítógépek miniatürizálásának
forradalma lelkesedéssel tölt el.

Orvosként azon tűnődöm:

felhasználhatnánk-e a forradalmat,
hogy csökkentsük

a világ egyik leginkább elharapózó
betegségében elhunytak számát.

Ez a betegség pedig a rák.

Amikor ezt most kimondtam,

a legtöbben arra gondolnak,
hogy a rák gyógyításán dolgozunk.

Ez így is van.

De mint kiderült,

ahhoz, hogy életet menthessünk,

hatalmas szerepe van a rák korai
felismerésének és megelőzésének.

Világszerte a rák okozta halálesetek
több mint 2/3-a teljesen megelőzhető

a jelenlegi módszerekkel,

pl. oltással, idejében elvégzett szűréssel

és persze a dohányzás abbahagyásával.

De pár daganatot még a legjobb
eszközökkel és technológiákkal

sem lehet korán észlelni,

csak 10 évvel azután,
hogy elkezdett növekedni,

amikor már 50 millió rákos sejtből áll.

Mi volna, ha olyan technológiánk lenne,

amivel e daganatokat sokkal
hamarabb felfedezhetnénk,

amikor még eltávolíthatók,

mikor még éppen hogy elkezdtek terjedni?

Elmondom, hogy miniatürizálással
miként érhető ez el.

Ez egy átlagos labormikroszkóp,

amit patológusok használnak

pl. biopsziából vagy PAP-kenetből
származó szövetminta vizsgálatára.

Ezt a 7 000 dolláros mikroszkópot

olyan szakember használja,
akit évekig képeztek arra,

hogy megtalálja a rákos sejteket.

Ezt a képet a Rice Egyetemen
dolgozó egyik kollégámtól,

Rebecca Richards-Kortumtól kaptam.

Ő és a csapata miniatürizálta
az egész mikroszkópot

ebbe a 10 dolláros egységbe,

amely befér egy optikai szál végébe.

Így ahelyett, hogy a betegtől
levett mintát elküldenénk

mikroszkópos vizsgálatra,

a beteghez hozzuk el a mikroszkópot.

S ahelyett, hogy szakember
kellene a képek elemzéséhez,

megtaníthatjuk a számítógépet az ép
és rákos sejtek megkülönböztetésére.

Ez nagyon fontos,

mert vidéken azt tapasztalták,

hogy hiába van mobil szűrőállomásuk,

amellyel e területekre eljutva
vizsgálatokat végeznek

és mintákat gyűjtenek,

elküldik őket elemzésre
a központi kórházba,

majd napokkal később

felhívják a pácienst,
hogy pozitívak az eredményei,

és megkérik, hogy fáradjon be.

Az esetek felében nem jelenik meg,
mert nincs pénze az útra.

Ezzel a mikroszkópba
integrált számítógéppel

Rebecca és munkatársai
olyan vizsgálóbuszt hoztak létre,

mely szűrőállomás
és kezelőegység is egyben.

Ez azt jelenti, hogy helyben
felállíthatják a diagnózist,

és elkezdhetik a kezelést,

tehát nem tűnik el senki a folyamatban.

Ez csak egy példa, hogy a miniatürizálás
miként menthet életet.

Mérnökként

valódi miniatürizálásra gondolok.

Fogunk egy nagy dolgot
és kisebbet csinálunk belőle.

Korábban említettem, hogy a számítógépek

hogyan változtatták meg életünket,

amikor épp elég kicsit lettek ahhoz,
hogy bárhová magunkkal vihessük őket.

Vajon mi ennek a megfelelője
a gyógyításban?

Milyen volna, ha lenne egy érzékelőnk,

ami olyan kicsi,
hogy keringhet a testünkben,

teljesen önállóan megtalálja a daganatot,

és jelet küld róla a külvilágnak?

Tudományos fantasztikumnak hangzik.

De a nanotechnológia
épp ebben segít nekünk.

A nanotechnológia segít
az érzékelőt összezsugorítani

egy emberi hajszál

100 mikronnyi vastagságánál

ezerszer kisebb,

100 nanométeres egységgé.

Ennek alapvető kihatásai vannak.

Kiderült, hogy a nano-mérettartományban

az anyagok tulajdonságai megváltoznak

Veszünk egy közönséges anyagot,

pl. az aranyat, porrá őröljük,
arany nanorészecskékké,

és színe aranyról pirosra fog változni.

Ha veszünk egy különlegesebb anyagot,
mint pl. a kadmium-szelenidet

– nagy, fekete kristályokból álló anyag –,

és nanokristályokat képezünk belőle,

folyadékba tesszük,

megvilágítjuk,

akkor ragyogni fog.

Kéken, zölden, sárgán,
narancsosan és pirosan,

csakis méretüktől függően.

Ez hihetetlen! Elképzelhető
ilyen a makrovilágban?

Mintha a szekrényünkben lógó,
ugyanabból a pamutból készült farmerek

csakis méretüktől függően
különböző színűek lennének.

(Nevetés)

Orvosként nemcsak az érdekel,

hogy az anyagok

hogyan változtatják
színűket nanoméretekben,

hanem az is,

hogy miként terjednek testünkben.

Ezt a megfigyelést használjuk,

hogy jobb rákérzékelőket készítsünk.

Megmutatom, mire gondolok.

Ez egy véredény a testünkben.

A véredény körül daganat van.

Nanorészecskéket injektálunk
ebbe az érbe,

és megfigyeljük, hogyan kerülnek
a véráramból a daganatba.

Kiderült, hogy számos daganat
véredénye szivárog,

így a nanorészecskék kiszivároghatnak
a véráramból a daganatba.

Hogy kijutnak-e, az a méretüktől függ.

Ezen a képen a kisebb,

100 nanométeres kék részecske szivárog ki,

a nagyobb, 500 nanométeres
piros részecske pedig

bent marad a véráramban.

Tehát attól függően,

mekkorára készítek egy anyagot,

változtathatom, hogy hová
kerüljön a testben.

Laboromban nemrég készítettünk
egy nanoméretű daganatérzékelőt.

Olyan kicsit, hogy képes keringeni
a testben daganatok után kutatva.

Úgy terveztük, hogy figyelje
a daganat terjedését:

azon kémiai jelek összességét,
melyeket terjedéséhez a daganat termel.

Hogy a daganat kiszabaduljon
a szövetből, ahol keletkezett,

enzimeket kell kibocsátania,

hogy átrágja magát a környező szöveteken.

Úgy terveztük a nanorészecskéket,
hogy ezek az enzimek indítsák be őket.

Egyetlen enzim egy óra alatt
vegyi reakciók ezreit képes indítani.

Ezt a mérnöki nyelvben

ezerszeres erősítésnek nevezzük,

ezzel tehetünk valamit nagyon érzékennyé.

Így készítettünk egy nagyon
érzékeny rákérzékelőt.

De hogyan juttassam ki
a keletkezett jelet a külvilágba,

ahol aztán tudok vele valamit kezdeni?

Ehhez a nanoméretű biológia
még egy elemét fogjuk használni,

mely a vesével kapcsolatos.

A vese egy szűrő.

Feladata, hogy megszűrje vérünket,
és a hulladékot a vizeletbe gyűjtse.

Hogy a vese miket szűr ki,

az szintén méretfüggő.

Ezen a képen, amint láthatják,

minden, ami kisebb mint 5 nanométer,

az a vérből a vesén át
egyenesen a vizeletbe távozik;

minden, ami ettől nagyobb, visszamarad.

Rendben, csinálok egy
100 nanométeres rákérzékelőt,

bejuttatom a véráramba,

beszivárog a daganatba,
ahol az enzimek beindítják,

így olyan jelet küld,

ami elég kicsiny ahhoz,
hogy a vese megszűrje,

és a vizeletbe kerüljön.

Tehát kijutott a felismerhető jel.

De van még egy nehézség.

A jel nagyon gyenge.

Hogyan fogom felismerni?

A jel csupán egy molekula.

E molekulákat mi, mérnökök terveztük.

Teljesen szintetikusak és tervezhetők,

azaz illeszthetők a kívánt eszközökhöz.

Ha nagyon érzékeny és bonyolult
műszert akarunk használni,

pl. a tömegspektrométert,

akkor egyedi tömegű molekulát készítünk.

Vagy talán olcsóbb és hordozhatóbb
dolgot akarunk készíteni?

Ehhez olyan molekulát tervezünk,
melyet papíron csapdába ejthetünk,

mint pl. a terhességi teszt.

Egyre több papírteszt válik elérhetővé

a papíralapú diagnosztika területén.

De mire megyünk ezzel?

Életemet

a kutatásra tettem föl,

elmondom egyik álmomat.

Nem mondhatom,

hogy ez ígéret: még csak álom,

De előrevivő álmok
mindannyiunknak kellenek,

kiváltképp a rákkutatóknak.

Elmondom, mit remélek,
mi történik majd a technológiámmal,

aminek megvalósításába

csapatom és én
szívünket-lelkünket beleadtuk.

Rendben, ez lenne az.

Az az álmom, hogy egy nap

ahelyett, hogy egy drága
szűrőközpontba mennénk

vastagbéltükrözést,

mammográfiát

vagy PAP-kenetet végeztetni,

kapunk egy injekciót,

várunk egy órát,

majd vizeletmintát adunk egy tesztcsíkra.

Úgy képzelem, hogy ehhez még

elektromosság

vagy egészségügyi szakember sem kell.

Lehetnek távol is egymástól;

a kapcsolat csupán
az okostelefonon lévő kép.

Tudom, ez ábrándnak hangzik,

de a laborban, egereken már működik,

s jobban, mint a tüdő-, vastagbél-
és petefészekrák felderítésére

használt jelenlegi módszerek.

Remélem, ez azt jelenti,

hogy egykor a keletkezésétől
számított 10 évnél hamarább

ismerhetjük föl majd a daganatot

a lakosság minden rétegében,

az egész bolygón.

Így korábban kezdhetnénk a kezelést,

és a korai felismerés révén
több életet menthetnénk meg,

mint ma.

Köszönöm a figyelmet!

(Taps)