Dit minuscule deeltje kan tumoren in je lichaam opsporen

Als we kwaadaardige tumoren nu eens konden opsporen jaren voordat ze ons kwaad doen -- zonder dure scans of zelfs maar stabiele elektriciteit? Dokter, bio-ingenieur en ondernemer Sangeeta Bhatia leidt een multi-disciplinair lab dat op zoek is naar nieuwe manieren van begrijpen, herkennen en behandelen van menselijke ziektes. Haar doel: de twee-derde van de sterfgevallen door kanker die volstrekt te voorkomen zijn. Met opmerkelijke helderheid geeft ze inzicht in complexe nanowetenschap en deelt ze haar droom voor een radicaal nieuwe kankertest waarmee miljoenen levens kunnen worden gespaard.

In de ruimte waar vroeger
één transistor paste,

kunnen we er nu een miljard kwijt.

Dit heeft ervoor gezorgd dat een computer
ter grootte van een hele kamer

nu in je zak past.

Je kan zeggen dat de toekomst klein is.

Als ingenieur

ben ik geïnspireerd door deze revolutie
van miniaturisering in computers.

Als arts

vraag ik me af of we dit kunnen gebruiken
om het aantal sterfgevallen te beperken

ten gevolge van een van de meest
snelgroeiende ziektes op aarde:

kanker.

Als ik dat zeg,

is wat de meeste mensen horen
dat ik werk aan het genezen van kanker.

En dat doen we ook.

Maar wat blijkt,

is dat we een geweldige kans hebben
om levens te redden

door vroege detectie
en het voorkomen van kanker.

Wereldwijd zijn tweederde van de
sterfgevallen als gevolg van kanker

te voorkomen met bestaande middelen.

Dingen zoals vaccinaties, tijdige controle

en natuurlijk stoppen met roken.

Maar zelfs met de beste middelen
en technologieën die we nu hebben,

kunnen sommige tumoren
niet gevonden worden

totdat ze al 10 jaar oud zijn

en 50 miljoen cellen sterk.

Als we nu eens betere technieken hadden

om sommige van de dodelijkste kankers
eerder te ontdekken,

als ze verwijderd zouden kunnen worden
als ze pas net beginnen te groeien?

Laat me je vertellen hoe miniaturisering
ons zou kunnen helpen.

Dit is een microscoop in een typisch lab

die een patholoog zou gebruiken
om naar een weefselmonster te kijken,

zoals een biopsie of een uitstrijkje.

Deze microscoop van 7.000 dollar

wordt gebruikt door iemand
met jaren gespecialiseerde training

om kankercellen te herkennen.

Dit is een afbeelding
van mijn collega aan Rice University,

Rebecca Richards-Kortum.

Wat zij en haar team hebben gedaan,
is die hele microscoop miniaturizeren

tot dit onderdeel van 10 dollar,

wat op het eind van een glasvezel past.

Wat dit betekent is dat in plaats van
een monster van een patiënt te nemen

en naar de microscoop te sturen,

je de microscoop
naar de patiënt kan brengen.

En dan, in plaats van een specialist
naar de foto's te laten kijken,

kan je de computer trainen om normale
cellen en kankercellen te vergelijken.

Dit is belangrijk,

omdat in landelijke gemeenschappen,

zelfs als mobiele screening beschikbaar is

om in de gemeenschap ter plaatse
onderzoeken te doen

en monsters te nemen

en ze naar het centrale ziekenhuis
te sturen voor analyse,

dat wanneer dagen later

vrouwen worden gebeld
over een abnormaal resultaat

en worden uitgenodigd om langs te komen,

de helft van hen niet komt opdagen,
omdat ze de reis niet kunnen betalen.

Met de geïntegreerde microscoop
en computeranalyse

hebben Rebecca en haar collega's
een busje kunnen maken

dat de diagnostische technologie
en de behandelingsmaterialen heeft.

Dat betekent dat ze de diagnose

en de therapie ter plekke kunnen doen,

zodat niemand in het proces
verloren gaat.

Dit is slechts één voorbeeld van hoe
miniaturisering levens kan redden.

Als ingenieurs

zien we dit simpelweg als miniaturisering.

Je had iets groots
en hebt het klein gemaakt.

Maar wat ik je net
vertelde over computers,

was dat ze onze levens hebben veranderd

toen ze klein genoeg werden
om ze overal mee naartoe te nemen.

Dus wat is de transformatieve
equivalent hiervan in de geneeskunde?

Als je nu eens een detector had

die klein genoeg was
om door je lichaam te bewegen,

die de tumor helemaal zelf kon vinden

en een signaal kon geven
aan de buitenwereld?

Het klinkt een beetje als science fiction.

Maar in werkelijkheid
laat nanotechnologie ons precies dat doen.

Nanotechnologie geeft ons de mogelijkheid
onderdelen van de detector te doen krimpen

van de breedte van een mensenhaar,

100 micron,

tot duizend keer kleiner,

100 nanometer.

En dat heeft ingrijpende gevolgen.

Het blijkt dat materialen
hun eigenschappen veranderen

op een nanoschaal.

Je neemt een gewoon materiaal zoals goud

en maalt het tot poeder,
tot gouden nanodeeltjes,

en het verandert in kleur
van goud naar rood.

Als je een exotischer materiaal neemt,
zoals cadmium selenide --

vormt een grote, zwarte kristal --

als je van dit materiaal
nanokristallen maakt,

en je stopt ze in een vloeistof

en je schijnt er licht op,

dan gloeien ze.

Ze gloeien blauw, groen,
geel, oranje, rood,

alleen afhankelijk van hun maat.

Het is geweldig! Kan je je zo'n voorwerp
voorstellen in de macrowereld?

Stel je voor dat alle jeans
in je kast van katoen zijn gemaakt,

maar verschillende kleuren hebben
afhankelijk van hun maat.

(Gelach)

Dus wat ik als arts

net zo interessant vind,

is dat het niet alleen
de kleur van het materiaal is

die verandert op de nanoschaal;

de manier waarop ze door je lichaam
bewegen verandert ook.

Het is dit soort observaties
die we gaan gebruiken

om een betere kankerdetector te maken.

Ik zal laten zien wat ik bedoel.

Dit is een bloedvat in het lichaam.

Rondom het bloedvat zit een tumor.

We gaan nanodeeltjes
injecteren in het bloedvat

en kijken hoe ze bewegen
van de bloedbaan naar de tumor.

Nu blijkt dat de bloedvaten
van veel tumoren lekken

en dus kunnen veel nanodeeltjes
van de bloedbaan de tumor in lekken.

Of ze het bloedvat uitlekken
is afhankelijk van hun maat.

Dus in dit plaatje

lekken de kleinere, honderd-nanomenter,
blauwe deeltjes eruit

en de grotere, 500-nanometer,
rode nanodeeltjes

zitten vast in de bloedbaan.

Dat betekent dat ik als ingenieur,

afhankelijk van hoe groot
of klein ik een materiaal maak,

kan veranderen waar het
in je lichaam naartoe gaat.

In mijn lab hebben we onlangs
een nanodetector voor kanker gemaakt

die zo klein is dat hij door het lichaam
kan reizen en naar tumoren kan zoeken.

We hebben hem ontworpen
om naar tumorinvasie te zoeken:

de verzameling van chemische signalen
die tumoren moeten maken om uit te zaaien.

Om uit het oorspronkelijke
weefsel los te breken

moet een tumor chemicaliën
produceren, genaamd enzymen,

om door de matrix
van het weefsel te knagen.

We hebben deze nanodeeltjes zó ontworpen
dat ze door de enzymen geactiveerd worden.

Één enzym kan duizend van deze
chemische reacties per uur in gang zetten.

Wij ingenieurs noemen
die één-op-duizend verhouding

een vorm van versterking

en het maakt iets ultragevoelig.

Dus we hebben een
ultra-gevoelige kankerdetector.

OK, maar hoe krijgen we dit
geactiveerde signaal de buitenwereld in,

waar we er wat mee kunnen doen?

Hiervoor gebruiken we opnieuw
biologie op nanoschaal

en nu heeft het te maken met de nieren.

Een nier is een filter.

Haar taak is het bloed te filteren
en afval in urine te stoppen.

Het blijkt dat wat de nieren filteren

ook van maat afhangt.

Dus wat je op dit plaatje ziet,

is dat alles dat kleiner is
dan vijf nanometer

van het bloed, door de nieren,
de urine in gaat

en al het andere,
dat groter is, blijft zitten.

OK, dus als ik een 100-nanometer
kankerdetector maak,

hem in de bloedbaan injecteer,

kan hij de tumor in lekken, waar hij
wordt geactiveerd door tumorenzymen

en een klein signaal afgeeft

dat klein genoeg is om de nieren
uit gefilterd te worden

en in de urine terecht te komen,

dan heb ik een signaal in de buitenwereld
dat ik kan waarnemen.

OK, maar er is nog één probleem.

Dit is een heel klein signaal,

dus hoe neem ik het waar?

Nou, het signaal is gewoon een molecuul.

Het zijn moleculen die we
als ingenieurs hebben ontworpen.

Ze zijn helemaal synthetisch
en we kunnen ze zó ontwerpen

dat ze passen bij een techniek naar keuze.

Als we een heel gevoelig,
chique instrument willen gebruiken,

genaamd een massaspectrometer,

kunnen we een molecuul maken
met een unieke massa.

Of misschien willen we iets maken
dat betaalbaarder en draagbaar is.

Dan maken we moleculen
die we op papier kunnen vangen,

zoals een zwangerschapstest.

Er bestaat een hele wereld
aan papieren tests

die beschikbaar worden in een veld
dat papierdiagnostiek heet.

Goed, waar leidt dit toe?

Wat ik je nu ga vertellen,

als levenslange onderzoeker,

vertegenwoordigt een droom van mij.

Ik kan het geen belofte noemen;

het is een droom.

Maar ik denk dat we allemaal dromen
moeten hebben om ons voort te drijven,

zelfs -- en misschien vooral --
kankeronderzoekers.

Ik zal je vertellen wat ik hoop
dat zal gebeuren met mijn technologie,

waar mijn team en ik
ons hart en ziel in zullen steken

om het te realiseren.

OK, daar gaan we.

Ik droom dat op een dag,

in plaats van dure scans
te moeten laten maken,

zoals een colonoscopie,

of een mammogram,

of een uitstrijkje,

dat je een spuitje kan krijgen

en na een uur wachten

een urinetest kan doen
op een papieren strookje.

Ik stel me voor dat dit zelfs zou kunnen

zonder stabiele elektriciteitsvoorziening

of aanwezigheid
van een medische professional.

Misschien zouden ze ver weg zijn

en alleen verbonden
middels het beeld op een smartphone.

Ik weet dat dit klinkt als een droom,

maar in het lab werkt dit al bij muizen,

en het werkt daar beter
dan bestaande methodes

voor het detecteren van long-,
darm- en eierstokkanker.

Ik hoop dat dit betekent

dat we op een dag bij patiënten
tumoren kunnen ontdekken

eerder dan 10 jaar
nadat ze beginnen te groeien,

in alle levensstijlen,

overal op de wereld,

en dat dit leidt
tot eerdere behandelingen

en dat we meer levens
kunnen redden dan we nu kunnen,

door vroege detectie.

Dankjewel.

(Applaus)