New nanotech to detect cancer early | Joshua Smith

Übersetzung: Lisa Dietrich Lektorat: Andreas Herzog

"You have cancer."

„Sie haben Krebs.“

Sadly, about 40 percent of us will hear those three words within our lifetime,

Traurigerweise werden ca. 40 % von uns diese drei Worte in ihrem Leben hören

and half will not survive.

und die Hälfte wird nicht überleben.

This means that two out of five of your closest friends and relatives

Das heißt, dass zwei von fünf unserer engsten Freunde und Verwandten

will be diagnosed with some form of cancer,

mit einer Krebsart diagnostiziert werden

and one will die.

und einer sterben wird.

Beyond the physical hardships,

Neben körperlichen Beschwerden

roughly one-third of cancer survivors here in the US

wird sich ca. ein Drittel der Krebsüberlebenden in den USA

will go into debt from treatment.

für die Behandlung verschulden.

And they're at least two and a half times more likely to declare bankruptcy

Außerdem ist es 2,5 Mal wahrscheinlicher, dass sie Insolvenz anmelden

than those without cancer.

im Vergleich zu denen ohne Krebs.

This disease is pervasive.

Diese Krankheit ist tiefgreifend.

It's emotionally draining

Sie ist emotional zehrend

and, for many,

und für viele finanziell zerstörend.

financially destructive.

But a cancer diagnosis doesn't have to be a death sentence.

Jedoch muss eine Krebsdiagnose kein Todesurteil sein.

Finding cancer early,

Eine frühzeitige Krebsdiagnose,

closer its genesis,

zeitnah nach Entstehung,

is one of the critical factors to improving treatment options,

ist einer der kritischen Faktoren, um die Behandlungschancen zu verbessern,

reducing its emotional impact

den seelischen Einfluss zu verringern

and minimizing financial burdens.

und finanzielle Lasten zu minimieren.

Most importantly,

Am wichtigsten dabei ist,

finding cancer early --

dass Krebsfrüherkennung --

which is one of the primary aims of my research --

was eines der grundlegenden Ziele meiner Forschung ist --

greatly enhances your odds of survival.

die Überlebenschancen erhöht.

If we just look at the case of breast cancer for example,

Wenn wir Brustkrebs als Beispiel nehmen,

we find that those who are diagnosed and treated at stage one

sehen wir, dass die, die im Stadium 1 diagnostiziert und behandelt werden,

have a five-year survival rate of nearly 100 percent --

eine Wahrscheinlichkeit von 100 % haben, die nächsten 5 Jahre zu überleben --

odds that decrease to just 22 percent if treated at stage four.

eine Chance, die auf 22 % sinkt, wenn die Behandlung im Stadium 4 beginnt.

And similar trends are found for colorectal and ovarian cancer.

Es gibt ähnliche Tendenzen bei Dickdarm- und Eierstockkrebs.

Now, we're all aware that an early diagnosis that is accurate

Uns allen ist bewusst, dass eine frühe und korrekte Diagnose

is critical for survival.

entscheidend für das Überleben ist.

The problem is that many cancer diagnostic tools are invasive,

Das Problem ist,

dass viele Tools zur Krebsdiagnose

costly,

invasiv, teuer und oft ungenau sind,

often inaccurate

and they can take an agonizing amount of time to get the results back.

und es vergeht qualvoll viel Zeit, bis man die Ergebnisse bekommt.

Still worse, when it comes to some forms of cancer,

Schlimmer ist es jedoch, dass es bei Krebsarten

such as ovarian, liver or pancreatic cancer,

wie Eierstock-, Leber- oder Bauchspeicheldrüsenkrebs

good screening methods simply don't exist,

keine guten Screeningmethoden gibt.

meaning that often people wait until physical symptoms surface,

Daher müssen Menschen oft warten, bis körperliche Symptome auftreten,

which are themselves already indicators of late-stage progression.

welche selbst bereits Indikatoren für ein spätes Stadium sind.

Like a tornado strike in an area without an early warning system,

Das ist wie ein Tornado in einem Gebiet, das kein Frühwarnsystem hat.

there is no alarm to warn,

Es gibt keine Warnung vor der Gefahr,

for the danger is already at your doorstep

da die bereits auf Ihrer Türschwelle ist,

when your odds of survival are greatly reduced.

wenn die Überlebenschancen extrem gering sind.

Having the convenience and accessibility of regular screening options

Der Komfort und das Vorhandensein von regelmäßigen Screeningmöglichkeiten,

that are affordable, noninvasive and could provide results much sooner,

die bezahlbar und nicht-invasiv sind und viel früher Ergebnisse liefern können,

would provide us with a formidable weapon in the fight against cancer.

würden uns mit einer beeindruckenden Waffe im Kampf gegen Krebs ausstatten.

An early warning would allow us to get out ahead of the disease

Eine frühe Warnung würde uns erlauben, der Krankheit voraus zu sein,

instead of merely following in its relentless wake.

anstatt bloß ihrem schonungslosen Erwachen zu folgen.

And this is exactly what I've been doing.

Und das ist genau das, was ich mache.

For the past three years, I've been developing technologies

In den letzten 3 Jahren entwickelte ich Technologien,

that could ultimately aid clinicians

die Klinikärzten letztendlich

with rapid, early-stage cancer diagnostics.

mit schnellen Krebsdiagnosen im Anfangsstadium helfen können.

And I've been fueled by a deep scientific curiosity,

Und mich treibt eine große wissenschaftliche Neugier an

and a passion to change these statistics.

und der Wille, diese Statistiken zu ändern.

Last year however,

Jedoch wurde letztes Jahr

this fight became much more personal

dieser Kampf viel persönlicher,

when my wife was diagnosed with breast cancer.

als bei meiner Frau Brustkrebs diagnostiziert wurde.

It was an experience that added a strong and unexpected emotional dimension

Das war eine Erfahrung, die eine starke und unerwartet emotionale Dimension

to these efforts.

zu dieser Arbeit hinzufügte.

I know firsthand how life-altering treatment can be,

Ich weiß aus erster Hand, wie lebensverändernd die Behandlung sein kann,

and I'm keenly aware of the emotional havoc

und mir ist das emotionale Chaos sehr bewusst,

that cancer can wreak on a family,

das Krebs bei der Familie anrichten kann,

which in our case included our two young daughters.

die in unserem Fall zwei junge Töchter einschloss.

Because we found it early during a routine mammogram,

Da wir den Krebs zeitig während eines Routine-Mammogramms fanden,

we were able to focus primarily on treatment options

konzentrierten wir uns primär auf Behandlungsoptionen

for the localized tumor,

für den lokalisierten Tumor,

reaffirming to me how important an early diagnosis is.

was mir erneut bestätigte, wie wichtig eine frühe Diagnose ist.

Unlike other forms of cancer,

Anders als bei anderen Krebsarten,

mammograms do offer an early-stage screening option for breast cancer.

sind Mammogramme für Brustkrebs eine Screeningoption des Anfangsstadiums.

Still, not everyone has this done,

Dennoch lässt sie nicht jeder machen

or they may develop breast cancer

oder sie entwickeln Brustkrebs,

before the middle age recommendation for having a mammogram.

bevor das empfohlene mittlere Alter für Mammogramme erreicht ist.

So, there's still a lot of room for improvement,

Es gibt also sehr viel Verbesserungspotenzial,

even for cancers that do have screening options,

sogar für Krebsarten mit Screeningmöglichkeiten

and, of course, considerable benefits for those that don't.

und natürlich erhebliche Vorteile

für die ohne.

A key challenge then for cancer researchers

Eine Hauptaufgabe der Krebsforscher ist es also,

is to develop methods

Methoden zu entwickeln,

that make regular screening for many types of cancers

die regelmäßige Screenings für viele Krebsarten

much more accessible.

viel zugänglicher machen.

Imagine a scenario where during your regular checkup,

Stellen Sie sich ein Szenario vor,

in dem der Arzt

your doctor can take a simple, noninvasive urine sample,

während einer Routineuntersuchung eine einfache, nicht-invasive Urinprobe

or other liquid biopsy,

oder andere Flüssigkeiten entnimmt

and present you with the results before you even leave the doctor's office.

und die Ergebnisse präsentiert, noch bevor Sie das Zimmer verlassen.

Such a technology could dramatically reduce the number of people

Solch eine Technologie könnte die Zahl der Menschen,

who slip through the net of an early-stage cancer diagnosis.

die durch das Netz einer frühen Diagnose fallen, drastisch reduzieren.

My research team of engineers and biochemists

Mein Forschungsteam aus Ingenieuren und Biochemikern

is working on exactly this challenge.

arbeitet an genau dieser Herausforderung.

We're working on ways to frequently activate an early-stage cancer alarm

Wir arbeiten an einer Lösung für eine regelmäßige frühe Krebswarnung,

by enabling regular screenings that would start when a person is healthy

indem wir Screenings etablieren, die beginnen, wenn eine Person gesund ist,

so that action could be taken to stop cancer the moment it emerges,

damit Maßnahmen getroffen werden können, um den Krebs beim Auftreten zu stoppen,

and before it can progress beyond its infancy.

noch bevor er über das Anfangsstadium hinauswächst.

The silver bullet in this case are tiny vesicles,

Die Wunderwaffe sind hier winzige Vesikel,

little escape pods regularly shed by cells called exosomes.

kleine Rettungskapseln, die von Zellen mit dem Namen Exosomen stammen.

Exosomes are important biomarkers

Exosomen sind wichtige Biomarker,

that provide an early-warning system for the development of cancer.

die ein Frühwarnsystem für die Krebsentwicklung bieten.

And because they're abundantly present in just about every bodily fluid,

Weil sie im Übermaß vorhanden sind, in ungefähr jeder Körperflüssigkeit

including blood, urine and saliva,

einschließlich Blut, Urin und Speichel,

they're extremely attractive for noninvasive liquid biopsies.

eignen sie sich hervorragend für nicht-invasive Biopsien von Flüssigkeiten.

There's just one problem.

Es gibt nur ein Problem.

An automated system for rapidly sorting these important biomarkers

Ein automatisches System, das diese Biomarker schnell sortiert

is not currently available.

ist momentan nicht vorhanden.

We've created a technology that we call nano-DLD

Wir entwickelten eine Technologie, die wir Nano-DLD nennen

that is capable of precisely this:

und die genau das kann:

automated exosome isolation

das automatische Isolieren von Exosomen,

to aid rapid cancer diagnostics.

um schnelle Krebsdiagnosen zu fördern.

Exosomes are the newest early-warning weapon, if you will,

Exosomen sind so gesehen die neusten Frühwarnmittel

to emerge on the liquid biopsy front.

im Bereich der Flüssigkeitenbiopsie.

And they're really, really small.

Sie sind sehr, sehr klein.

They measure just 30 to 150 nanometers in diameter.

Der Durchmesser beträgt 30 bis 150 Nanometer.

This is so tiny

Das ist so klein,

that you could fit about a million of them into a single red blood cell.

dass ca. 1 Million davon in nur ein rotes Blutkörperchen passen.

That's roughly the difference between a golf ball

Das ist der Unterschied zwischen einem Golfball

and a fine grain piece of sand.

und einem feinem Sandkorn.

Once thought to be little bins for unwanted cellular waste,

Einst als kleine Abfalleimer für unerwünschten zellularen Müll abgetan,

it has been found that cells actually communicate

weiß man nun,

dass Zellen wirklich kommunizieren,

by producing and absorbing these exosomes

in dem sie Exosomen produzieren und absorbieren,

which contain surface receptors,

die Oberflächenrezeptoren,

proteins and other genetic material collected from their cell of origin.

Proteine und anderes Erbgut aus der Ursprungszelle beinhalten.

When absorbed by a neighboring cell,

Bei der Aufnahme durch eine Nachbarzelle

exosomes release their contents into the receiving cell,

geben Exosomen ihre Inhalte in die absorbierende Zelle frei

and can set in motion fundamental changes in gene expression --

und können fundamentale Änderungen in der Exprimierung bewirken --

some good,

einige sind gut

and this is where cancer comes in,

und andere, wie Krebs,

some bad.

sind schlecht.

Because they are clothed in the material of the mother cell,

Weil sie vom Material der Mutterzelle umgeben sind

and contain a sample of its environment,

und eine Probe der Umgebung beinhalten,

they provide a genetic snapshot of that cell's health and its origin.

liefern sie eine genetische Momentaufnahme der Zellgesundheit und ihrer Herkunft.

All of these qualities make exosomes invaluable messengers

All diese Eigenschaften machen Exosomen zu unbezahlbaren Boten,

that potentially allow physicians

die es Ärzten potentiell erlauben,

to eavesdrop on your health at the cellular level.

den Gesundheitsstand auf zellularer Ebene einzusehen.

To catch cancer early, however,

Um Krebs jedoch früh zu erkennen,

you have to frequently intercept these messages

muss man diese Botschaften regelmäßig abhören,

to determine when cancer-causing troublemakers within your body

um festzustellen, wann im Körper krebserregende Störenfriede entscheiden,

decide to start staging a coup,

einen Coup zu starten.

which is why regular screening is so critical

Darum sind regelmäßige Screenings wichtig

and why we're developing technologies to make this possible.

und deshalb entwickeln wir Technologien, die das ermöglichen.

While the first exosome-based diagnostics emerged on the market just this year,

Obwohl exosomenbasierte Diagnostika dieses Jahr auf den Markt kamen,

they are not yet part of mainstream healthcare options.

sind sie noch kein Bestandteil des regulären Gesundheitswesens.

In addition to their recent emergence,

Zusätzlich zu ihrer jungen Entstehung

another factor that's limiting their widespread adoption

ist ein weiterer Aspekt, der die umfassende Einführung begrenzt,

is that currently, no automated exosome isolation system exists

dass es momentan kein automatisches System zur Isolierung von Exosomen gibt,

to make regular screening economically accessible.

das ein regelmäßiges Screening kostengünstig verfügbar macht.

The current gold standard for exosome isolation

Der momentane Maßstab in Sachen Exosomenisolierung

includes ultracentrifugation,

beinhaltet Ultrazentrifugation,

a process requiring expensive laboratory equipment,

ein Prozess, der teures Laborequipment,

a trained lab tech

einen geübten Laboranten

and about 30 hours of time to process a sample.

und ca. 30 Stunden benötigt, um eine Probe zu bearbeiten.

We've come up with a different approach for achieving automated exosome isolation

Wir entwickelten eine andere Methode für eine automatisierte Exosomenisolation

from a sample such as urine.

etwa einer Urinprobe.

We use a chip-based, continuous flow separation technique

Wir nutzen eine chipbasierte, kontinuierlich fließende Teilungsmethode,

called deterministic lateral displacement.

Deterministic Lateral Displacement.

And we have done with it

Damit machten wir das,

what the semiconductor industry has done so successfully for the past 50 years.

was die Halbleiterindustrie so erfolgreich in den letzten 50 Jahren machte.

We shrunk the dimensions of this technology

Wir schrumpften die Dimensionen dieser Technologie

from the micron scale to the true nanoscale.

vom Mikrometermaßstab zum echten Nanomaßstab.

So how does it work?

Wie funktioniert das?

In a nutshell,

Kurz gefasst

a set of tiny pillars separated by nanoscopic gaps

wird eine Reihe kleiner Säulen, getrennt von nanoskopischen Lücken,

are arranged in such a way

so angeordnet,

that the system divides the fluid into streamlines,

dass sie die Flüssigkeit in Stromlinien teilt,

with the larger cancer-related nanoparticles being separated

sodass die größeren, Krebs-assoziierten Nanopartikel

through a process of redirection from the smaller, healthier ones,

durch eine Weiterleitung von kleineren, gesunden Partikeln getrennt werden.

which can in contrast

Diese können sich

move around the pillars in a zigzag-type motion

mit einer Zickzack-Bewegung um die Säulen herum

in the direction of fluid flow.

in Fliessrichtung bewegen.

The net result is a complete separation of these two particle populations.

Das Ergebnis ist eine komplette Trennung dieser beiden Partikelgruppen.

You can visualize this separation process

Vorstellen können Sie sich diese Teilung

similar to traffic on a highway that separates into two roads,

wie den Verkehr auf einer Schnellstraße, die sich in zwei Straßen aufteilt.

with one road going into a low-clearance tunnel under a mountain,

Eine davon führt

in einen niedrigen Tunnel unter einem Berg

and the other road going around it.

und die andere Straße führt drumherum.

Here, smaller cars can go through the tunnel

Die kleineren Autos können durch den Tunnel fahren,

while larger trucks, carrying potentially hazardous material,

während die größeren Lastwagen, mit potentiell gefährlichem Material,

are forced to take the detour route.

die Umleitung nehmen müssen.

Traffic is effectively separated by size and contents

Der Verkehr wird so effektiv nach Größe und Ladung geteilt,

without impeding its flow.

ohne den Fluss zu behindern.

And this is exactly how our system works on a much, much smaller scale.

Genau so funktioniert unser System in einem sehr viel kleineren Rahmen.

The idea here is that the separation process for screening

Die Idee dahinter ist, dass der Teilungsprozess für Screenings

could be as simple as processing a sample of urine, blood or saliva,

genauso einfach wie das Auswerten einer Urin-, Blut- oder Speichelprobe ist,

which is a near-term possibility within the next few years.

was eine kurzfristige Möglichkeit innerhalb der nächsten Jahre ist.

Ultimately, it could be used to isolate and detect target exosomes

Letztendlich könnte es zur Isolation und Erkennung von Exosomen genutzt werden,

associated with a particular type of cancer,

die mit einer bestimmten Krebsart in Verbindung gebracht werden,

sensing and reporting their presence within minutes.

indem ihre Präsenz innerhalb von Minuten aufgespürt und mitgeteilt wird.

This would make rapid diagnostics virtually painless.

Das würde schnelle Diagnosen nahezu mühelos machen.

Broadly speaking,

Vereinfacht gesagt

the ability to separate and enrich biomarkers

würde die Möglichkeit der Teilung und Anreicherung von Biomarkern,

with nanoscale precision in an automated way,

mit nanoskaliger Präzision und automatisiert,

opens the door to better understanding diseases such as cancer,

die Tür für ein besseres Verständnis solcher Krankheiten wie Krebs öffnen --

with applications ranging from sample preparation to diagnostics,

mit Einsatzbereichen von Probenpräparation über Diagnostik

and from drug resistance monitoring to therapeutics.

und von Arzneimittelresistenzüberwachung bis zur Therapeutik.

Even before my wife's bout with cancer,

Sogar bevor meine Frau Krebs entwickelte,

it was a dream of mine to facilitate the automation of this process --

war es mein Traum, die Automatisierung dieses Prozesses zu vereinfachen,

to make regular screening more accessible,

um regelmäßige Screenings erschwinglicher zu machen,

similar to the way Henry Ford made the automobile accessible

ähnlich wie Henry Ford das Automobil

to the general population

für die Allgemeinheit bezahlbar machte,

through development of the assembly line.

indem er das Fliessband entwickelte.

Automation is the key to accessibility.

Automatisierung ist der Schlüssel für Zugänglichkeit.

And in the spirit of the Hoover dream,

Im Geiste des Hoover-Traums

"a chicken in every pot and a car in every garage,"

„Ein Huhn in jedem Topf und ein Auto in jeder Garage“

we're developing a technology

entwickeln wir eine Technologie,

that could ultimately place an early-warning cancer detection system

die letztendlich ein Krebs-Früherkennungssystem

in every home.

in jedes Zuhause bringen könnte.

This would allow every man, woman and child

Das würde jedem Mann, jeder Frau und jedem Kind

the opportunity to be regularly tested while they're still healthy,

die Möglichkeit regelmäßiger Tests geben, während sie noch gesund sind,

catching cancer when it first emerges.

und Krebs beim ersten Auftreten erkennen.

It is my hope and dream

Es ist meine Hoffnung und mein Traum,

to help people around the world avoid the high costs --

Menschen weltweit zu helfen, hohe Kosten zu vermeiden --

physical, financial and emotional --

physische, finanzielle und seelische --

faced by today's cancer patients,

denen sich Krebspatienten heute gegenüber sehen.

hardships that I'm well acquainted with.

Schwierige Umstände, die ich gut kenne.

I'm also happy to report that because we caught my wife's cancer early,

Ich freue mich auch mitzuteilen, dass aufgrund der frühen Krebsdiagnose

her treatment was successful,

die Behandlung meiner Frau erfolgreich war

and she is now, thankfully, cancer-free.

und sie jetzt krebsfrei ist.

(Applause)

(Applaus)

It is an outcome that I would like to see for everyone with a cancer diagnosis.

Dieses Ergebnis würde ich gerne bei jedem mit einer Krebsdiagnose sehen.

With the work that my team has already done

Mit der Arbeit, die mein Team

on separation of nanoscale biomarkers

bei der nanoskaligen Biomarkertrennung

for rapid, early-stage cancer diagnostics,

für eine frühe Krebsdiagnose geleistet hat,

I am optimistic that within the next decade,

bin ich optimistisch, dass diese Technologie

this type of technology will be available,

innerhalb des nächsten Jahrzehnts verfügbar sein wird,

helping protect our friends, our family and future generations.

um unsere Freunde, Familie und zukünftige Generationen zu schützen.

Even if we are so unlucky as to be diagnosed with cancer,

Sogar wenn wir das Pech haben, Krebs diagnostiziert zu bekommen,

that early-stage alarm will provide a strong beacon of hope.

wird diese frühe Warnung ein Hoffnungsschimmer sein.

Thank you.

Danke.

(Applause)

(Applaus)