Ця крихітна частинка могла б мандрувати вашим тілом у пошуку пухлини

Що якби ми могли виявляти ракові пухлини задовго до того, як вони зможуть нам зашкодити, без дорогих аналізів і за відсутності електрики? Лікар, біоінженер та підприємець Санґіта Бгатіа очолює лабораторію, що досліджує новітні способи для розуміння, діагностики та лікування людських захворювань. Вона вважає, що три чверті смертей від раку можна попередити. З неймовірною ясністю вона пояснює складну науку наночастинок і розповідає про свою мрію - новітні тести на виявлення раку, що колись зможуть врятувати мільйони життів.

На місці, де колись вміщався
один транзистор,

ми тепер можемо вмістити один мільярд.

Завдяки цьому комп’ютер,
що колись займав цілу кімнату,

тепер лежить у нас у кишені.

Можна сказати, що майбутнє маленьке.

Мене, як інженера,

надихає революція мініатюризації
в комп’ютерах.

Як лікар, я думаю

чи могли б ми використати це, щоб
зменшити кількість втрачених життів

через одну з найпоширеніших
хвороб на Землі -

- рак.

Коли я це сказала,

більшість людей подумали, що ми
працюємо над ліками від раку.

Це справді так.

Але виявляється,

що існує неймовірна можливість
рятувати життя

завдяки ранньому виявленню та
попередженню раку.

В усьому світі три чверті смертей,
спричинених раком, можна попередити,

використовуючи наявні сьогодні методи.

Це вакцинація і вчасні обстеження.

І, звісно, варто кинути палити.

Але навіть за допомогою найкращих
сьогоденних технологій

деякі пухлини ми не в змозі виявити.

Аж поки не мине 10 років
від початку їхнього росту.

Тоді коли вони вже містять 50 мільйонів
клітин раку.

Що якби ми мали кращі технології

для раннього виявлення деяких видів
смертельного раку,

тоді коли вони ще операбельні,

коли вони тільки почали рости?

Хочу розповісти вам,
як мініатюризація може нам допомогти.

Це мікроскоп у типовій лабораторії.

Патолог використовує його, щоб
розглянути зразки тканин,

на кшталт біопсії або мазку
з шийки матки.

Цей мікроскоп, вартістю 7 тисяч доларів,

використовуватиме людина,
яка роками навчалася

розпізнавати клітини раку.

Це фото моєї колеги з Університету Райс

Ребекки Ричардс-Кортум.

Вона та її колеги зменшили той мікроскоп

до детальки ціною 10$,

що вміщається на кінчику оптоволокна.

Це означає, що замість брати
аналізи у пацієнта

і відправляти їх під мікроскоп,

ми можемо помістити мікроскоп у пацієнта.

І замість того, щоби спеціалісти
роздивлялись фото,

ми можемо натренувати комп’ютер відрізняти
нормальні клітини від ракових.

Це важливо, бо

працюючи в селах, вони дізналися,

що навіть коли туди діставався автобус

для проведення скринінгу,

забору аналізів та оглядів,

які потім відправляють до центрального
шпиталю на аналіз,

пізніше, за кілька днів,

жінкам, які мають погані результати,
дзвонять

і просять приїхати.

Половина з них ніколи не з’являється,
бо не може собі цього дозволити.

З інтегрованим мікроскопом та
комп’ютерним аналізом

Ребекка та її колеги змогли створити автобус,

який має змогу проводити і діагностику,
і лікування.

Це означає, що вони здатні
діагностувати

та розпочати терапію на місці,

щоби всі пацієнти отримали лікування.

Це тільки один приклад, як мініатюризація
може рятувати життя.

Як інженери,

ми сприймаємо мініатюризацію дуже лінійно.

Береш велику річ і зменшуєш.

Але я вже розповідала про комп’ютери,

які змінили наше життя,

коли стали достатньо маленькими,
щоб ми носили їх всюди з собою.

То що ж могло б так само змінити медицину?

Що, якби ви мали детектор,

такий маленький, що він був би
здатний циркулювати вашим тілом,

самостійно виявляти пухлину

і відсилати сигнал у зовнішній світ?

Звучить як наукова фантастика.

Але, насправді, нанотехнології дають
нам змогу робити саме це.

Нанотехнології дають змогу зменшити
частини, з яких складається детектор,

з ширини людської волосини,

а це 100 мікронів,

до ширини, в тисячу разів меншої -

до 100 нанометрів.

Це має велике значення.

Виявляється, матеріали можуть змінювати
свої властивості

у наномасштабах.

Беремо звичайний матеріал
на кшталт золота

і розтираємо його у пил,
у золоті наночасточки,

і золото виглядає вже не золотим,
а червоним.

Якщо взяти більш екзотичний матеріал,
скажімо селенід кадмію -

він виглядає як великий чорний кристал -

якщо зробити з нього нанокристали,

покласти їх у рідину

і направити на них світло,

вони світяться.

Світяться синім, зеленим, жовтим,
помаранчевим і червоним.

Це залежить лише від їхнього розміру.

Неймовірно! Можете уявити собі такий
предмет у макросвіті?

Це так наче всі ваші джинси,
зроблені з бавовни,

мали б різні кольори
залежно від розміру.

(Сміх)

Як лікаря,

окрім зміни кольору матеріалів,

мене цікавлять

інші зміни у наномасштабі.

Змінюється з те, як вони рухаються
по нашому тілу.

І саме ці спостереження ми будемо
використовувати,

щоб зробити кращі детектори раку.

Поясню, що я маю на увазі.

Це кровоносна судина,

оточена пухлиною.

Ми збираємося ввести наночастини
у судину

і подивитися, як вони рухатимуться
з кров’яного потоку у пухлину.

Виявляється, що кровоносні судини пухлин
не щільні,

і наночастини можуть виливатися з
кров’яного потоку до пухлини.

Чи це станеться, залежить
від їхнього розміру.

На цьому малюнку

менші, сині наночастинки завбільшки
100-нанометрів, витікають

а червоні, більші, завбільшки 500-нанометрів,

застрягають у кров’яному потоці.

Це означає, що

залежно від того маленьким
чи великим я зроблю матеріал,

я можу скерувати, куди він піде
в нашому тілі.

У моїй лабораторії ми нещодавно
зробили нанодетектор раку,

такий маленький, що він зможе рухатися
тілом у пошуку пухлин.

Він може прислуховуватися до
вторгнення пухлини,

оркестру хімічних сигналів, що
необхідний їй для розповсюдження.

Щоб пухлина вирвалася з тканини,
де вона зародилася,

вона має виробити ферменти,

щоб прокласти собі шлях
з тканин.

Ми створили наночастинки, що
активуються цими ферментами.

Один фермент може активувати тисячі
хімічних реакцій впродовж години.

Ми називаємо це
кофіцієнтом підсилення

один до тисячі,

що робить детектор дуже чутливим.

Ми зробили ультрачутливий детектор раку.

Добре, але як отримати цей активований
сигнал у зовнішньому світі,

що можна зробити?

Для цього використаємо біологічну
наночасточку,

пов’язану з нирками.

Нирка - фільтр.

ЇЇ завдання - очищувати кров і виводити
зайве із сечею.

Виявилося, що те, що виводять нирки,

також залежить від розміру.

Тож на малюнку ви бачите:

все, що менше за 5 нанометрів,

буде виведену з крові через нирки
у сечею,

а все, що більше, залишиться.

Тож якщо я зроблю детектор
завбільшки 100 нанометрів

і введу його у кров’яний потік,

він зможе дістатися пухлини, де активує
ферменти пухлини

і видасть маленький сигнал

достатньо маленький,
щоб нирки його вивели

з сечею.

І я матиму сигнал у зовнішньому світі, який
зможу ідентифікувати.

Але є одна проблема.

Сигнал малюсінький.

Як мені його розпізнати?

Сигнал - це просто молекула.

Є молекули, які ми спроектували,

вони повністю синтетичні

і сумісні з обраними нами
інструментами.

Якщо використати дуже чутливий, складний
інструмент під назвою

спектрометр маси,

ми зможемо зробити молекулу
з унікальною масою.

Або можна зробити щось дешевше
й портативне.

Наприклад, молекулу, яку можна виявити
на папері,

як тест на вагітність.

У світі існує багато паперових тестів,

що стають все доступнішими -
це називається паперова діагностика.

І що нам з цим робити?

Я ділюся з вами

дослідженнями, що їх
веду протягом життя.

Вони відображають мою мрію.

Я не можу назвати це обіцянкою,

це мрія.

Мені здається, всі ми маємо мати мрії,
що штовхають нас уперед,

навіть - і особливо - дослідників раку.

Я сподіваюся,

що ми з моєю командою втілимо технологію,

в яку вкладаємо наші серця та душі.

Отже.

Я мрію, що колись

замість дорогої діагностики,
щоб отримати результат

колоноскопії,

мамограми

чи мазку з шийки матки,

можна буде зробити укол,

зачекати годинку

і провести тест сечі на смужці паперу.

Я уявляю, що це можна буде зробити навіть

за відсутності електроенергії

або медичного персоналу в кімнаті.

Можливо, вони будуть далеко

але отримають від вас
зображення на смартфон.

Це може звучати як сон,

але у лабораторіях це вже працює на мишах -

і працює краще за відомі методи

виявлення раку легень, прямої кишки
та яєчників.

Сподіваюсь, це означає,

що колись ми зможемо виявляти пухлини

у пацієнтів раніше ніж через 10 років від
початку росту пухлини.

В усіх прошарках суспільства

по всьому світу.

І це забезпечить раннє лікування,

і ми зможемо врятувати більше життів,
ніж нам під силу сьогодні.

Завдяки ранній діагностиці.

Дякую.

(Оплески)