Małe cząsteczki, które potrafią znaleźć raka

A gdyby dało się znaleźć guzy nowotworowe zanim nam zaszkodzą - bez kosztownych centrów badawczych czy nawet bez elektryczności? Fizyk, bioinżynier i przedsiębiorca Sangeeta Bhatia prowadzi multidyscyplinarne laboratorium poszukujące nowych dróg zrozumienia, diagnozowania i leczenia chorób. Jej cel: uniknięcie 2/3 śmierci spowodowanych nowotworami, co jej zdaniem jest całkowicie możliwe. W zrozumiały sposób opowiada o nanocząsteczkach i dzieli się swoim marzeniem o stworzeniu całkowicie nowego testu na raka, który mógłby ocalić miliony istnień ludzkich.

Na powierzchni zajmowanej
kiedyś przez jeden tranzystor

teraz mieści się ich miliard.

Dzięki temu komputer,
który kiedyś zajmował cały pokój,

mieści się teraz w kieszeni.

Można powiedzieć, że przyszłość jest mała.

Jako inżyniera,

fascynuje mnie ta rewolucyjna
miniaturyzacja komputerów.

Jako fizyk,

zastanawiam się, czy da się jej użyć,
żeby zmniejszyć liczbę ofiar

jednej z najszybciej rozwijających się
chorób na świecie:

raka.

Kiedy to mówię,

wielu ludzi myśli, że mówię
o znalezieniu lekarstwa na raka.

Szukamy go.

Ale okazuje się,

że dzięki profilaktyce
i wczesnemu wykrywaniu

można ocalić wiele istnień ludzkich.

Ponad 2/3 śmierci spowodowanych
rakiem można by było uniknąć,

korzystając z metod, które znamy obecnie.

Chodzi o szczepienia, badania na czas

i, oczywiście, rzucenie palenia.

Ale mimo że dysponujemy obecnie
najlepszymi narzędziami i technologiami,

niektóre nowotwory da się wykryć

dopiero po 10 latach
od ich pojawienia się,

kiedy składają się już
z 50 milionów komórek.

A jeśli mielibyśmy lepsze narzędzie

do wczesnego wykrywania tych nowotworów,

gdy można jeszcze je usunąć,

zaraz na początku ich powstawania?

Pozwólcie, że powiem wam,
jak miniaturyzacja może nam pomóc.

To jest mikroskop z typowego laboratorium,

którego używa patolog,
badając wycinek tkanki

podczas robienia biopsji lub cytologii.

Ten mikroskop za 7 tysięcy dolarów

może służyć komuś doświadczonemu

w znajdywaniu komórek rakowych.

A to zdjęcie mojej koleżanki
z uniwersytetu Rice,

Rebbeki Richards-Kortum.

Wraz ze swoim zespołem
zmniejszyła cały mikroskop

do części wartej 10 dolarów

i mieszczącej się na końcówce światłowodu.

To oznacza, że teraz zamiast
pobierać materiał od pacjenta

i badać go pod mikroskopem,

można przynieść mikroskop do pacjenta.

I zamiast wymagać od specjalisty oceny,

można zaprogramować komputer tak,
żeby sam rozpoznawał komórki rakowe.

To jest istotne.

Podczas pracy jej zespołu
na obszarach wiejskich okazało się,

że nawet jeśli dysponują
autobusem diagnostycznym,

który pozwala dotrzeć do gmin,
przeprowadzić badania,

zebrać próbki,

wysłać je do analizy
do centralnego szpitala,

to jakiś czas później

kobiety z negatywnymi wynikami

i tak są proszone o przyjazd.

I ponad połowa z nich się nie pojawia,
ponieważ nie stać ich na przejazd.

Dzięki zintegrowanemu mikroskopowi
i analizie komputerowej

Rebecca i jej koledzy
zaprojektowali pojazd,

który daje możliwość
diagnostyki i leczenia.

A to znaczy, że diagnozę
można zrobić od ręki

i od razu rozpocząć leczenie,

dzięki czemu żaden pacjent nie umknie.

To tylko jeden przykład na to,
jak miniaturyzacja może ocalić życie.

Inżynierowie

myślą o prawdziwej miniaturyzacji.

O tworzeniu małej rzeczy z dużej.

Ale przed chwilą mówiłam,

że komputery zmieniły nasze życie,

bo stały się tak małe,
że można je zabrać wszędzie.

Co jest odpowiednikiem
takiej zmiany w medycynie?

A co, jeśli istniałby czujnik tak mały,

że mógłby krążyć po ciele,

znaleźć zmiany nowotworowe

i wysłać sygnał na zewnątrz?

To brzmi trochę jak science fiction.

Ale w zasadzie nanotechnologia
pozwala nam na to już teraz.

Nanotechnologia pozwala zmniejszyć
części takiego czujnika

ze 100 mikrometrów,

czyli szerokości ludzkiego włosa,

do 100 nanometrów,

czyli tysiąc razy.

A to niesie ze sobą
daleko idące konsekwencje.

Okazuje się, że tworzywa
zmieniają swoje właściwości

w nanoskali.

Popularne złoto

po starciu na pył, na złote nanocząstki,

zmienia kolor ze złotego na czerwony.

Bardziej egzotyczny materiał,
taki jak selenek kadmu

tworzy duże, czarne kryształy.

Nanocząstki tego materiału

włożone do cieczy

i oświetlone światłem

świecą.

Świecą na niebiesko, zielono,
żółto, pomarańczowo lub czerwono,

w zależności od rozmiaru.

To szalone! Wyobraźcie sobie
taki przedmiot w świecie makro.

To tak, jakby wszystkie jeansy w szafie,
zrobione z tego samego materiału,

miały różne kolory
w zależności od rozmiaru.

(Śmiech)

Jako fizyka,

interesuje mnie to,

że nie tylko kolor różnych materiałów

zmienia się w nanoskali;

ich sposób przemieszczania się
w ludzkim ciele też się zmienia.

I to jest coś, co wykorzystamy

do stworzenia lepszego detektora raka.

Pokażę, o co mi chodzi.

To jest naczynie krwionośne.

Otacza je nowotwór.

Do tego naczynia wstrzykujemy nanocząstki

i obserwujemy, jak przemieszczają się
z krwiobiegu do komórki rakowej.

Okazuje się, że naczynia krwionośne
otoczone nowotworem są dziurawe,

więc nanocząsteczki mogą przedostać się
z krwiobiegu do komórki rakowej.

To, czy się przedostaną,
zależy od ich rozmiaru.

Na tej wizualizacji

mniejsze, 100-nanometrowe
niebieskie nanocząstki wyciekają,

a większe, 500-nanometrowe
czerwone nanocząstki

zostają w krwiobiegu.

To oznacza, że jako inżynier

mam wpływ na to, czy jakiś materiał
przeniknie do ciała ludzkiego,

w zależności od tego,
jaki nadam mu rozmiar.

Ostatnio w moim laboratorium
stworzyliśmy nanodetektor raka,

który jest tak mały, że może podróżować
po ciele w poszukiwaniu komórek rakowych.

Zaprojektowaliśmy go tak,
aby wsłuchiwał się w nowotworową inwazję:

orkiestrę sygnałów chemicznych,
którą rak uruchamia, aby rosnąć.

Aby nowotwór zniszczył
tkankę, w której się tworzy,

musi stworzyć chemikalia zwane enzymami,

żeby przegryźć się
przez rusztowanie tkanki.

Zaprojektowaliśmy nanocząstki,
które są aktywowane przez te enzymy.

Jeden enzym może aktywować
tysiąc reakcji chemicznych w godzinę.

W inżynierii nazywa się to
amplifikacją w skali 1 do 1000,

która jest charakterystyczna
dla ultraczułych materiałów.

Stworzyliśmy więc
ultraczuły detektor raka.

No dobrze, ale jak wydobyć
ten sygnał na zewnątrz,

gdzie mogę coś z nim zrobić?

W tym celu użyliśmy jeszcze jednego
elementu biologii w nanoskali,

który ma związek z nerkami.

Nerka to filtr.

Jej praca polega na oczyszczaniu krwi
z zanieczyszczeń i wydalaniu ich w moczu.

Okazuje się, że to,
czy nerki coś przefiltrują,

też zależy od wielkości.

Ta wizualizacja pokazuje,

że wszystko, co jest mniejsze
niż 5 nanometrów,

przechodzi z krwi przez nerkę do moczu,

a wszystko, co jest większe, zostaje.

Czyli jeśli 100-nanometrowy detektor raka

wstrzyknę do krwiobiegu,

on przeniknie do komórki nowotworowej,
gdzie zostanie aktywowany przez enzymy

i da sygnał,

na tyle mały, żeby nerki go przefiltrowały

i przepuściły do moczu,

w ten sposób sygnał wyjdzie na zewnątrz,
gdzie będę mogła go odebrać.

Ale jest jeszcze jeden problem.

Ten sygnał jest naprawdę mały,

jak można go wykryć?

Sygnał to tylko molekuła.

Te molekuły są zaprojektowane
przez nas, inżynierów.

Są całkowicie sztuczne
i zaprojektowaliśmy je tak,

żeby były kompatybilne z narzędziem,
którego chcemy użyć.

Jeżeli chcemy użyć
naprawdę czułego narzędzia,

zwanego spektrometrem mas,

tworzymy molekułę o unikalnej masie.

Ale czasem chcemy skorzystać
z czegoś tańszego i poręcznego.

Wtedy tworzymy molekuły,
które możemy przechwycić na papierze,

jak w teście ciążowym.

Właściwie istnieje cała masa
papierowych testów,

które są teraz dostępne
jako szybkie testy diagnostyczne.

Dokąd to wszystko zmierza?

Teraz zamierzam opowiedzieć

o moim marzeniu

zdeklarowanego naukowca.

To nie jest żadna obietnica.

To jest marzenie.

Ale myślę, że wszyscy powinniśmy
marzyć, żeby iść naprzód,

nawet, a może przede wszystkim,
ludzie zajmujący się badaniem nowotworów.

Opowiem wam, co mam nadzieję
stanie się z moją technologią,

ja i mój zespół dołożymy wszelkich starań,

żeby to urzeczywistnić.

Do rzeczy.

Marzy mi się, że pewnego dnia

zamiast iść do drogiego
centrum diagnostycznego

na kolonoskopię,

mammografię

lub cytologię,

będzie można dostać zastrzyk,

poczekać godzinę,

a potem wykonać badanie moczu
papierowym testem paskowym.

Wyobrażam sobie, że to się może dziać

bez użycia elektryczności

czy obecności lekarza.

Lekarz może być bardzo daleko,

obecny tylko na ekranie smartfona.

Wiem, że to brzmi nieprawdopodobnie,

ale w laboratorium to działa u myszy,

działa nawet lepiej niż obecne metody

wykrywania nowotworów
płuc, okrężnicy i jajników.

Mam nadzieję,

że kiedyś będziemy umieli wykryć raka

szybciej niż po 10 latach od momentu
jego pojawienia się u pacjenta,

bez względu na pozycję społeczną,

w każdym zakątku na świecie,

a to doprowadzi
do szybszego podjęcia leczenia

i ocalenia większej liczby ludzi niż teraz

poprzez wczesne wykrywanie.

Dziękuję.

(Brawa)