Tieto maličké častice dokážu putovať vašim telom a hľadať nádory

Čo keby sme dokázali nájsť zhubné nádory roky predtým ako nám dokážu ublížiť – bez drahého skríningu alebo dokonca elektriny? Doktorka, bioinžinierka a podnikateľka Sangeeta Bhatia vedie multidisciplinárne laboratórium, ktoré pátra po nových spôsoboch porozumenia, diagnostiky a liečby ľudských chorôb. Upozorňuje: dvom tretinám úmrtí na rakovinu sa dá úplne predísť. S obdivuhodnou ľahkosťou vysvetľuje komplexnú vedu o nanočasticiach a delí sa o svoj sen – radikálne nový test na rakovinu, ktorý by mohol zachrániť milióny životov.

Do priestoru, ktorý kedysi zaberal
jeden tranzistor,

ich dnes dokážeme umiestniť miliardu.

To umožnilo, že počítač
veľkosti celej miestnosti

sa dnes zmestí do vášho vrecka.

Dalo by sa povedať, že budúcnosť je malá.

Ako inžinierku

ma táto revolúcia v miniaturizácii
počítačov inšpiruje.

Ako lekárka

som zvedavá, či ju dokážeme využiť
na zníženie počtu životov, ktoré strácame

v dôsledku jednej z najrýchlejšie
rastúcich chorôb na Zemi:

rakoviny.

Teraz keď to hovorím,

väčšina ľudí ma počuje hovoriť,
že pracujeme na liečbe rakoviny.

A my pracujeme.

Ale ukazuje sa,

že tu existuje neuveriteľná
príležitosť zachrániť životy

včasným odhalením a prevenciou rakoviny.

Celosvetovo sa dá viac ako 2/3 úmrtí
na rakovinu úplne zabrániť

použitím metód,
ktoré máme práve teraz v rukách.

Vecami ako očkovanie, včasné vyšetrenie

a samozrejme nefajčenie.

Ale aj s tými najlepšími prístrojmi
a technológiami, ktoré dnes máme,

niektoré nádory nedokážeme zistiť

skôr ako 10 rokov po tom,
ako začali rásť,

kedy už obsahujú 50 miliónov
rakovinových buniek.

Čo keby sme mali lepšie technológie

na záchyt týchto smrtiacich
rakovinových nádorov skôr,

keď ešte môžu byť odstránené,

keď ešte iba začínajú rásť?

Dovoľte mi vám porozprávať o tom,
ako nám to miniaturizácia môže umožniť.

Toto je mikroskop v typickom laboratóriu,

ktorý používa patológ
pri prezeraní vzorky tkaniva,

ako je biopsia či cytologický ster Pap.

Tento 7-tisíc dolárový mikroskop

je používaný niekým
s rokmi špecializovaného tréningu

na zachytenie nádorových buniek.

Toto je obrázok od mojej kolegyne
z Rice University,

menom Rebecca Richards-Kortum.

Ona a jej tím pracuje na
miniaturizácii celého mikroskopu

do tejto 10-dolárovej časti,

ktorá pasuje na koniec optického vlákna.

Znamená to, že namiesto
odobratia vzorky z pacienta

a jej preskúmania pod mikroskopom,

môžete priniesť mikroskop do pacienta.

A potom, na rozdiel od potreby
špecialistu, ktorý by si pozrel obrázky,

môžete naučiť počítač hodnotiť
normálne a rakovinové bunky.

Toto je dôležité;

pretože pri práci
vo vidieckych oblastiach prišli na to,

že aj keď mali mobilnú
skríningovú dodávku,

s ktorou mohli vyraziť do oblasti
vykonávať vyšetrenia,

odoberať vzorky

a posielať ich
do centrálnej nemocnice na analýzu,

tak o niekoľko dní neskôr

sa telefonovalo ženám
s abnormálnymi výsledkami,

aby navštívili nemocnicu.

Polovica z nich neprišla,
pretože si nemohli cestu dovoliť.

S integrovaným mikroskopom
a počítačovou analýzou

budú Rebecca a jej kolegovia schopní
postaviť dodávku,

ktorá bude mať diagnostické
aj liečebné vybavenie.

A to znamená,
že budú schopní stanoviť diagnózu

a vykonať liečbu priamo na mieste,

takže každý si to bude môcť dovoliť.

To je iba jeden príklad toho, ako dokáže
miniaturizácia zachraňovať životy.

Ako inžinieri

to vnímame ako priamu miniaturizáciu.

Vezmeš veľkú vec a urobíš ju malou.

Ale o počítačoch som vám predtým povedala,

že zmenili naše životy

keď sa stali tak malými,
že sme si ich mohli zobrať kamkoľvek.

Takže čo je podobný transformačný
ekvivalent v medicíne?

Čo keby ste mali detektor,

ktorý by bol taký maličký,
že by mohol cirkulovať vo vašom tele

a sám tam nájsť nádor

a vyslať o tom signál
do vonkajšieho sveta?

Znie to trochu ako science fiction.

Ale v skutočnosti nám to nanotechnológia
umožňuje urobiť presne takto.

Nanotechnológia nám umožňuje zmenšiť
časti, ktoré tvoria detektor,

z hrúbky ľudského vlasu,

čo je cca 100 mikrometrov,

tisícnásobne,

čo je 100 nanometrov.

A to má závažné dôsledky.

Ukázalo sa, že materiály
menia svoje vlastnosti

pri rádoch nanometrov.

Vezmete bežný materiál ako zlato,

rozdrvíte ho na prach,
do zlatých nanočastíc,

a ono sa zmení zo zlatej na červenú farbu.

Ak vezmete exotickejší materiál,
napríklad selenid kademnatý –

– tvorí veľké, čierne kryštály –

ak urobíte z neho nanokryštály,

vložíte ich do tekutiny

a zasvietite na ne,

začnú žiariť.

A žiaria modro, zeleno,
žlto, oranžovo, červeno,

v závislosti iba na ich veľkosti.

Divočina! Dokážete si predstaviť podobný
objekt v makrosvete?

Bolo by to akoby všetky vaše džínsy
v skrini, vyrobené z bavlny,

mali rôznu farbu v závislosti
iba od svojej veľkosti.

(smiech)

Z pohľadu lekára

je pre mňa rovnako zaujímavé,

že nielen farba materiálov

sa pri nanometrových rozmeroch mení;

mení sa tiež spôsob,
akým vo vašom tele cestujú.

A toto je vlastnosť,
ktorú sa chystáme využiť

na výrobu lepšieho detektora rakoviny.

Dovoľte mi ukázať, čo tým myslím.

Toto je krvná cieva v tele.

Cievu obklopuje nádor.

Chystáme sa aplikovať nanočastice
do krvnej cievy

a sledovať, ako budú cestovať
z krvného obehu do nádoru.

Ukázalo sa, že krvné cievy
väčšiny nádorov netesnia

a tak nanočastice môžu preniknúť
z krvného obehu do nádoru.

Či sa tak stane, závisí od ich veľkosti.

Takže na tomto obrázku

menšie 100-nanometrové modré
nanočastice prenikajú

a väčšie 500-nanometrové
červené nanočastice

zostávajú v krvnom obehu.

To znamená, že ako inžinierka,

v závislosti na tom, aký veľký
či malý materiál vyrobím,

dokážem zmeniť to, kam sa
vo vašom tele dostane.

V mojom laboratóriu sme nedávno
vyrobili rakovinový nanodetektor,

ktorý je taký malý, že dokáže cestovať
v tele a hľadať nádory.

Vytvorili sme ho tak, aby „počúval“
nádorové prerastanie;

orchestru chemických signálov,
ktorý nádor potrebuje na to, aby sa šíril.

Aby sa nádor vymanil z tkaniva,
v ktorom vznikol,

musí vyrábať látky nazývané enzýmy,

aby sa „prehrýzol“ cez „lešenie“ tkanív,
ktoré ho obklopuje.

Vytvorili sme tieto nanočastice tak,
aby ich tieto enzýmy aktivovali.

Jeden enzým dokáže aktivovať tisíc
týchto chemických reakcií za hodinu.

Ako inžinieri voláme tento pomer

spôsob zosilnenia jedna ku tisíc

a znamená to,
že robí niečo veľmi citlivým.

Takže sme vyrobili extrémne citlivý
rakovinový detektor.

V poriadku, a ako teda dostanem tento
signál do vonkajšieho sveta,

kde môžem potom konať?

Na to sa chystáme použiť
iný druh nanobiológie,

ktorý má niečo do činenia s obličkami.

Obličky sú filter.

Ich úlohou je filtrovať krv
a vylučovať odpad do moču.

Ukázalo sa, že to, čo obličky filtrujú

je takisto závislé od veľkosti.

Takže na tomto obrázku môžete vidieť

ako všetko menšie ako 5 nanometrov

odchádza z krvi cez obličky do moču

a všetko väčšie je zachytené.

Takže ak vyrobím 100-nanometrový
rakovinový detektor

a vstreknem ho do krvného obehu,

dokáže vniknúť do nádoru,
kde bude aktivovaný jeho enzýmami

a vyšle malý signál,

ktorý je dostatočne malý,
aby bol odfiltrovaný obličkami

do moču.

Tak mám signál vo vonkajšom svete,
ktorý dokážem detegovať.

Ale je tu ešte jeden problém.

Je to veľmi malý a slabý signál,

takže ako ho dokážem zachytiť?

Signál je iba molekula.

Existujú molekuly,
ktoré sme ako inžinieri vyrobili.

Sú kompletne syntetické
a môžeme ich navrhnúť tak,

že sú kompatibilné s nástrojom,
ktorý si zvolíme.

Ak chceme použiť skutočne citlivý
špičkový prístroj,

nazývaný hmotnostný spektrometer,

tak vyrobíme molekulu
s jedinečnou hmotnosťou.

Alebo možno chceme vyrobiť niečo,
čo je lacnejšie a prenosné.

Vtedy vyrobíme molekuly,
ktoré môžme zachytiť „na papier“,

podobne ako tehotenský test.

Existuje obrovské množstvo
rôznych detekčných testov,

ktoré začínajú byť dostupné v odbore
známom ako „papierová diagnostika“.

V poriadku, kam sa týmto dostávame?

Teraz vám poviem o niečom,

čo je pre mňa ako celoživotného vedca

snom.

Nemôžem povedať, že je to sľub;

je to sen.

Ale myslím si, že všetci musíme mať sny,
ktoré nás posúvajú dopredu,

dokonca – a možno najmä –
výskumníci rakoviny.

Poviem vám, v čo dúfam,
že sa stane s našou technológiou,

do čoho ja a môj tým vložíme
naše srdcia a duše,

aby sa to stalo realitou.

O.k., tu to je.

Snívam, že jedného dňa,

na rozdiel od absolvovania
drahej diagnostiky,

kolonoskopie,

mamografie

alebo steru z krčka maternice,

dostanete injekciu,

hodinu počkáte

a urobíte si test s prúžkom papiera
zo vzorky vášho moču.

Predstavujem si, že by to bolo možné

dokonca bez elektriny

alebo zdravotníckeho profesionála
v miestnosti.

Možno by mohli byť ďaleko

a spojení iba obrázkom na smartfóne.

Viem, že to teraz znie ako sen,

ale v laboratóriu už máme
tento postup u myší,

kde funguje lepšie ako existujúce metódy

na detekciu rakoviny pľúc,
hrubého čreva a vaječníkov.

A ja dúfam, že to znamená,

že jedného dňa dokážeme
detegovať nádory u pacientov

skôr ako 10 rokov po tom, čo začnú rásť.

U všetkých spoločenských vrstiev,

všade na planéte,

že to povedie k včasnejšej liečbe

a že včasnou detekciou dokážeme
zachrániť viac životov než dnes.

Ďakujem vám.

(potesk)