Questa piccola particella potrebbe esplorare il vostro corpo per scovare tumori

Come sarebbe se potessimo scovare tumori maligni anni prima che possano danneggiarci - senza costose strutture diagnostiche e senza elettricità? Medico, bioingegnere e imprenditrice, Sanguetta Bhatia guida un laboratorio multidisciplinare che ricerca nuovi modi per capire, diagnosticare e trattare le malattie. Il suo obiettivo: quei due terzi delle morti per cancro che sostiene essere completamente prevenibili. Con grande chiarezza spiega nel dettaglio la scienza delle nanoparticelle e condivide il suo sogno per un nuovo radicale test contro il cancro che potrebbe salvare milioni di vite.

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)