О крошечных частицах, способных блуждать по телу и находить опухоли

Что, если бы мы могли находить раковые опухоли за годы до того, как они могут навредить нам, без всякого дорогостоящего диагностического оборудования или даже электричества? Врач, биоинженер и предприниматель Сангита Бхатия возглавляет многопрофильную лабораторию, которая ищет новые методы понимания, диагностики и лечения болезней. Её цель — предотвратить две трети смертей от рака, что, по мнению Сангиты, абсолютно возможно. С впечатляющей ясностью она анализирует комплекс методов, основанных на наночастицах, и делится своей мечтой создать принципиально новый способ раковой диагностики, который может спасти миллионы жизней.

В пространство, которое раньше
занимал один транзистор,

теперь можно поместить миллиард.

Благодаря этому компьютер,
раньше занимавший целую комнату,

теперь помещается в карман.

Можно сказать, что будущее миниатюрно.

Как инженера

меня вдохновляет эта революция
миниатюризации в компьютерах.

Как врачу

мне интересно, как это можно использовать
для сокращения смертности

от одной из самых быстро
распространяющихся болезней на Земле —

рака.

Когда я так говорю,

большинство людей думает,
что мы работаем над излечением рака.

Так оно и есть.

Но оказывается,

есть невероятная возможность
спасать жизни,

используя раннюю диагностику
и профилактику рака.

Две трети смертей от рака
можно предотвратить,

используя методы, которые у нас уже есть.

Например, вакцинация,
своевременные обследования

и, конечно, отказ от курения.

Но даже лучшие современные
инструменты и технологии

не позволяют обнаружить некоторые опухоли

раньше, чем через 10 лет после того,
как они начали развиваться,

когда их размах уже достигает
50 миллионов раковых клеток.

Но что, если бы у нас были
лучшие технологии,

чтобы определить эти наиболее
смертельно опасные виды рака раньше,

когда опухоль ещё можно удалить,

когда болезнь только начинается?

Позвольте рассказать, как миниатюризация
может помочь нам в этом.

Такой микроскоп в обычной лаборатории

использует патоморфолог,
чтобы исследовать образец ткани,

например, биопсию
или мазок из шейки матки.

С таким микроскопом за 7 000 долларов

может обращаться только подготовленный
специалист, годами практиковавшийся

в выявлении раковых клеток.

Это фотография моей коллеги
из Университета Райса

Ребекки Ричардс-Кортум.

Она и её команда уменьшили целый микроскоп

до одной детали размером в 10 долларов,

которая помещается на конце
оптоволоконного кабеля.

Это значит, вместо того,
чтобы брать образец у пациента

и отправлять на анализ под микроскопом,

вы можете принести микроскоп к пациенту.

И вместо того,
чтобы специалист изучал изображение,

вы можете запрограммировать компьютер
отмечать здоровые и раковые клетки.

Это особенно важно,

учитывая то, как это сейчас
происходит в сельских местностях.

Даже если у них имеется
мобильный диагностический пункт,

они разъезжают по деревням,
проводят там обследования,

собирают образцы

и отправляют на анализ
в центральную больницу.

Через несколько дней

женщинам звонят,
сообщают об отклонениях в анализах

и приглашают на приём.

Половина из них не является, потому что
они не могут позволить себе поездку.

Со встроенным микроскопом
и компьютерном анализом

Ребекка и её коллеги
могут создать мобильный пункт,

оснащённый и диагностическим,
и лечебным оборудованием.

Это значит, что они могут
провести диагностику

и лечение незамедлительно,

так что ни один пациент
не выпадет из наблюдения.

Это всего один пример того, как уменьшение
размеров может спасать жизни.

Как инженеры

мы подразумеваем уменьшение
в буквальном смысле:

берёте что-то большое
и уменьшаете его в размерах.

Но, как я уже говорила, компьютеры

изменили нашу жизнь после того,

как стали достаточно маленькими,
чтобы можно было взять их с собой.

Что могло бы стать эквивалентом
таких перемен в медицине?

Что, если бы у нас был прибор,

крошечный настолько, что он
перемещался бы у вас внутри,

самостоятельно находил опухоли

и посылал сигналы во внешний мир?

Это похоже на научную фантастику.

Но на самом деле нанотехнологии
позволяют нам делать именно это.

Нанотехнологии позволяют уменьшить
элементы, из которых состоит прибор,

от толщины волоса —

это 100 микрон —

до размера в тысячи раз меньше,

то есть 100 нанометров.

Это имеет глубокие последствия.

Оказывается, материалы действительно
меняют свои свойства

в наномасштабе.

Вы берёте обычный материал вроде золота,

измельчаете его в пыль
до золотых наночастиц

и он меняет цвет с золотого на красный.

Если вы возьмёте более экзотичный
материал, такой как селенид кадмия

в больших чёрных кристаллах,

сделаете из него нанокристаллы

и поместите в жидкий раствор

под солнечные лучи,

то они засверкают.

Они сияют синим, зелёным,
жёлтым, оранжевым и красным

в зависимости от размера.

Полный восторг! Вы можете представить
себе нечто подобное в макромире?

Это как если бы все джинсы в вашем шкафу,
сделанные из хлопка,

были разного цвета
в зависимости от размера.

(Смех)

Как врача

меня интересует

не только то, что в наномасштабе

изменяется цвет материалов,

но и то, что меняются пути
их перемещения по телу.

Это наблюдение мы
и собираемся использовать

при создании лучшего детектора рака.

Позвольте показать, что я имею в виду.

Это кровеносный сосуд в теле.

Вокруг него — опухоль.

Мы внедрим наночастицы в кровеносный сосуд

и посмотрим, как они перемещаются
из кровотока в опухоль.

Кровеносные сосуды
многих опухолей негерметичны,

и наночастицы могут проникнуть
в опухоль из кровотока.

Произойдёт ли это,
зависит от размера частиц.

На этом изображении

меньшие частицы голубого цвета
размером 100 нанометров проникают внутрь,

а более крупные — красные частицы
размером 500 нанометров —

застревают в кровотоке.

Таким образом как инженер

путём увеличения или уменьшения
размеров частиц материала

я смогу повлиять на то,
куда он попадёт в вашем теле.

Недавно в моей лаборатории
мы создали нанодетектор рака,

настолько крошечный, что он может
перемещаться по телу и искать опухоли.

Мы настроили его прислушиваться
ко вторжению опухоли —

к оркестру химических сигналов, которые
опухоль посылает, чтобы разрастаться.

Опухоль зарождается в плотной оболочке

и вынуждена производить
специальные ферменты,

чтобы выбраться из этой плотной ткани.

Наши нанодетекторы
активируются этими ферментами.

Один фермент может запускать
тысячу химических реакций в час.

В инженерии мы называем такую
пропорцию 1:1000

формой амплификации,

и она создаёт нечто сверхчувствительное.

Поэтому и мы создали
сверхчувствительный детектор рака.

Но как доставить этот сигнал
во внешний мир,

где я смогу отреагировать на него?

Для этого мы ещё раз воспользуемся
нанотехнологиями в биологии

и применим их к работе почек.

Почка — это фильтр.

Её работа — фильтровать кровь
и отправлять отходы в мочу.

И что именно почка фильтрует, оказывается,

тоже зависит от размера.

На этом изображении вы видите,

как всё, что меньше пяти нанометров,

через почки из крови попадает в мочу,

а всё, что крупнее, — остаётся.

То есть если я сделаю детектор рака
размером 100 нанометров,

внедрю в кровеносную систему,

где он проникнет в опухоль и будет
активирован специфическими ферментами,

чтобы отправить сигнал

маленький настолько,
чтобы почки его отфильтровали

и он оказался в моче,

то я смогу доставить этот сигнал
во внешний мир, где его можно определить.

Но есть ещё одна проблема.

Если этот сигнал такой крошечный,

как мне его расшифровать?

Сигнал — это всего лишь молекула.

Это молекулы, которые мы сами создали.

Они полностью искусственные,
и мы можем создавать их так,

чтобы они подходили
под выбранное нами оборудование.

Если мы хотим использовать такой
чувствительный и сложный инструмент,

как масс-спектрометр,

то мы создадим молекулу
с уникальной массой.

Если мы захотим использовать
что-то более недорогое и мобильное,

то мы создадим молекулы,
которые можно уловить на бумаге,

как тест на беременность.

Уже существует целый мир бумажных тестов,

которые доступны в отрасли
так называемой «бумажной диагностики».

Куда нас всё это приведёт?

То, что я вам сейчас расскажу,

для меня как исследователя

является сáмой большой мечтой.

Я не могу сказать, что это обещание, —

это мечта.

Но мне кажется, у всех должны быть мечты,
заставляющие двигаться вперёд,

даже — а, может, и особенно —
у исследователей рака.

Я расскажу вам о том, что, надеюсь,
однажды произойдёт с технологией,

в которую я и моя команда
вложили всю душу,

чтобы сделать её реальностью.

Итак,

я мечтаю, что однажды,

вместо того, чтобы ехать
в дорогостоящий диагностический центр

и пройти колоноскопию,

сделать маммографию

или сдать мазок,

вы сможете сделать укол,

подождать час

и сделать тест мочи на бумажной полоске.

Я представляю себе, что для этого

даже не понадобится электричество

или медицинский специалист в комнате.

Может, он будет где-то далеко,

на связи лишь через экран смартфона.

Я знаю, что это звучит, как мечта,

но в лаборатории мы
уже проверили это на мышах

и получили результат лучше,
чем все существующие методы

диагностики рака лёгких,
кишечника и яичников.

Я надеюсь, это значит,

что однажды мы сможем
диагностировать опухоли у пациентов

раньше, чем через 10 лет после того,
как те начали расти,

у любых слоёв населения

по всему миру.

Это приведёт к более раннему лечению,

и с ранней диагностикой
мы сможем спасти больше жизней,

чем сегодня.

Спасибо.

(Аплодисменты)