New nanotech to detect cancer early | Joshua Smith

Translator: Nima Pourreza Reviewer: soheila Jafari

"You have cancer."

"تو سرطان داری."

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

متاسفانه ، حدود ۳۰ درصد از ما خواهیم شنید این کلمات را در طول زندگیمان،

and half will not survive.

و نصف این افراد زنده نخواهد ماند.

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

این بدان معناست که ۳ تا از هر ۵، دوست نزدیک شما یا خویشاوندانتان

will be diagnosed with some form of cancer,

با علائمی از وجود سرطان شناسایی خواهند شد،

and one will die.

و یکی از (آن ۲ تا) خواهد مرد.

Beyond the physical hardships,

فراتر از مشکلات جسمانی،

roughly one-third of cancer survivors here in the US

تقریبا، یک سوم از افرادی که از سرطان خلاص شده اند در ایالات متحده

will go into debt from treatment.

از (هزینه های) درمان دچار بدهی خواهد شد.

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

و آنها کسانی هستن که شاید بیش از دو و نیم برابر

than those without cancer.

افراد بدون سرطان اعلام ورشکستگی بانکی میکنند.

This disease is pervasive.

این بیماری ها بسیار شایع هستند.

It's emotionally draining

از لحاظ عاطفی ناتوان کننده،

and, for many,

و برای بسیاری،

financially destructive.

از لحاظ مالی مخرب

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

اما ابتلا به سرطان به معنای مردن نیست.

Finding cancer early,

پیداکردن سرطان در مراحل اولیه،

closer its genesis,

از مرجع تشکیل آن،

is one of the critical factors to improving treatment options,

یکی از فاکتور های قطعی در گزینه های بهبود درمان است.

reducing its emotional impact

کاهش دادن آثار عاطفی

and minimizing financial burdens.

و کم کردن فشار های مالی،

Most importantly,

بسیار مهمه،

finding cancer early --

تشخیص زودهنگام سرطان

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

که یکی از اهداف اولیه تحقیقات من است.

greatly enhances your odds of survival.

تا حد زیادی شانس بقا شما را افزایش می دهد.

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

اگر ما به عنوان مثال به وضعیت سرطان پستان نگاه کنیم،

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

ما میتوانیم بفهمیم کسانی که از همان قدم اول آن را تشخیص و درمان کرده اند،

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

یک نرخ زنده مانده ۵ ساله، ۱۰۰ درصدی دارند.

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

درحالی که اگر درمان را از قدم ۴ شروع کنند این شانس به ۲۲ درصد کاهش پیدا میکند.

And similar trends are found for colorectal and ovarian cancer.

و وضعیت مشابهی را میتوان یافت در سرطان روده بزرگ و تخمدان.

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

حالا، ما همه آگاهیم به اینکه یک تشخیص دقیق و زودهنگام

is critical for survival.

برای زنده ماندن ضروری است.

The problem is that many cancer diagnostic tools are invasive,

مشکل اینجاست که بسیاری از ابزار های تشخیص سرطان نامطلوب هستند،

costly,

پر هزینه،

often inaccurate

بعضی وقتها با خطا،

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

و آنها زمان دردناکی را برای دادن نتیجه میخواهد.

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

از این بدترکه، برخی از انواع سرطان ها

such as ovarian, liver or pancreatic cancer,

همچون سرطان تخمدان، کبد یا پانکراس،

good screening methods simply don't exist,

روش های خوب، غربالگری به سادگی وجود ندارند.

meaning that often people wait until physical symptoms surface,

به این معنا که ، برخی مردم صبر میکنند تا علائم فیزیکی سطحی(پدیدار شوند)

which are themselves already indicators of late-stage progression.

که یعنی شاخص پیشرفت (سرطان) آنها مرحله اخر را نشان می دهد.

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

همچون حمله طوفان به یک منطقه بدون سیستم هشدارهای اولیه،

there is no alarm to warn,

آلارمی برای آگاه سازی وجود ندارد.

for the danger is already at your doorstep

برای خطری که آلان در آستانه در (خانه) شماست.

when your odds of survival are greatly reduced.

وقتی شانس شما برای بقا تاحد زیادی کاهش پیدا میکند.

داشتن تسهیلات و دسترسی به گزینه های غربالگری منظم

Having the convenience and accessibility of regular screening options

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

که آنها مقرون به هزینه، مطلوب و میتوانند نتایج را خیلی سریع تر فراهم کنند.

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

ما را با یک سلاح قوی در مبارزه با سرطان مجهز خواهد کرد.

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

یک هشدار زودموقع، به ما اجازه خواهد داد، بیماری ها را شکست دهیم.

instead of merely following in its relentless wake.

بجای صرفا پیروی از سختی های بی رحمش.

And this is exactly what I've been doing.

و این دقیقا کاری است که من انجام داده ام،

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

برای مدت پنج سال قبلی، من توسعه داده ام تکنولوزی هایی

that could ultimately aid clinicians

که در نهایت میتواند یاری دهد پزشکان بالینی را

with rapid, early-stage cancer diagnostics.

با تشخیص سریع و زود هنگام سرطان.

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

و من خودم را پر کرده ام با کنجکاوی عمیق علمی

and a passion to change these statistics.

و اشتیاقی برای تغییر این آمار.

Last year however,

با این حال سال قبل،

this fight became much more personal

این مبارزه تبدیل به یک موضوع خیلی شخصی نیز شد.

when my wife was diagnosed with breast cancer.

وقتی همسرم تشخیص داده شد به سرطان پستان.

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

این تجربه ای بود که حس قوی و غیر منتظره عاطفی اضافه کرد

to these efforts.

به این تلاش هایم

I know firsthand how life-altering treatment can be,

من مستقیم(باتجربه) می دانم که دگرگونی زندگی چگونه میتواند با آدم رفتار کند.

and I'm keenly aware of the emotional havoc

من کاملا از آثار مخرب احساساتی شدن آگاهم

that cancer can wreak on a family,

که سرطان میتواند در خانواده ویرانی به بار بیاورد،

which in our case included our two young daughters.

که در مورد ما شامل دو دختر جوان میشود،

چون ما آن را زودهنگام در فرآیند ماموگرافی (اسکن پستان با اشعه X) پیدا کردیم،

Because we found it early during a routine mammogram,

we were able to focus primarily on treatment options

ما توانستیم بر روی گزینه های درمان

برای تومور موضعی، تمرکز اولیه بکنیم،

for the localized tumor,

reaffirming to me how important an early diagnosis is.

تاکید دوباره به (حرف)خودم، "که چقدر تشخیص اولیه مهم است."

Unlike other forms of cancer,

برخلاف انواع سرطان های دیگر،

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

ماموگرافی، راهکاری برای غربالگری زودهنگام سرطان پستان ارائه میدهد.

Still, not everyone has this done,

هنوز هم ،همه افراد این کار(اسکن زود هنگام) را نمی کنند.

or they may develop breast cancer

که ممکن است سرطان پستان توسعه پیدا می کند

before the middle age recommendation for having a mammogram.

قبل از مراحل طی شدن متوسط زمان توصیه شده برای انجام اسکن اشعه ایکس

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

بنابراین هنوز امیدی برای بهبودی وجود دارد،

even for cancers that do have screening options,

حتی برای سرطان که گزینه های غربالگری را داریم،

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

و،البته، امتیازات قابل توجهی برای آن که نمیکنند.

A key challenge then for cancer researchers

چالش کلیدی بعد برای محققان سرطان

is to develop methods

ایجاد کردن روشی هایی

that make regular screening for many types of cancers

است که بتوانند برای انواع سرطان ها غربالگری های معین داشته باشد

much more accessible.

و بسیار در دسترس باشد.

Imagine a scenario where during your regular checkup,

تصور کنید یک حالتی که را در طول معاینه های منظم

your doctor can take a simple, noninvasive urine sample,

دکتر شما میتواند نمونه ایی بگیرد، تست ادار راحت (بدون نیاز به جراحی یا ...)

or other liquid biopsy,

یا دیگر آزمایش های مایع (بدن)

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

و ارائه میدهد به شما نتیجه آزمایش را حتی قبل از ترک مطب.

Such a technology could dramatically reduce the number of people

چنین تکنولوژی میتواند به طور چشمگیری کاهش دهد تعداد افرادی

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

را که بخاطر از دست دادن قسمت عمده زمان تشخیص اولیه، دچار اشتباه میشود.

My research team of engineers and biochemists

تیم تحقیقاتی من متشکل از مهندسان و بیوشیمی دان ها

is working on exactly this challenge.

دقیقا بر روی این مشکل کار می کنند.

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

ما بر روی راه هایی برای فعال کردن مداوم هشدار وجود سرطان زودهنگام کار می کنیم.

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

با فعال سازی غربالگری های منظم، که از زمانی شروع خواهد شد که فرد در سلامتی است

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

زمانی که عملیات خواهد توانست سرطان را متوقف کند(وقتی که علائم سرطان) نمایان شوند

and before it can progress beyond its infancy.

قبل از اینکه بتواند پیشرفت کند، در دوران اولیه اش.

The silver bullet in this case are tiny vesicles,

حفره های نقره ای (در بافت سرطانی) در این حالت کیسه های کوچکی اند.

little escape pods regularly shed by cells called exosomes.

گرده های فراری (از بافت سرطانی)به طور منظم از سلول هایی به اسم اگزوزوم بیرون میریزند.

Exosomes are important biomarkers

اگزوزوم ها نشانگر های زیستی مهمی اند

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

آنها سیستم هشدار اولیه را برای (هشدار)توسعه سرطان فراهم میکنند.

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

و از انجاکه انها آزادانه در تقریبا هر جای مایعی بدن حاضر هستند،

including blood, urine and saliva,

شامل خون، ادرار، بزاق

they're extremely attractive for noninvasive liquid biopsies.

آنها بسیار مورد نظر برای تست های مایعی (بدون نیاز به جراحی کردن) هستند.

There's just one problem.

فقط یک مشکلی هست.

An automated system for rapidly sorting these important biomarkers

یک سیستم خودکاری که فوراً آن نشانگرهای زیستی را (از مواد دیگر) جدا کند.

is not currently available.

که فعلا در دسترس نیست.

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

ما تکنولوژی را ساخته ایم که ما آن را nano-DLD می نامیم.

that is capable of precisely this:

که قابلیت دقیق این را دارد که:

automated exosome isolation

جداسازی خودکار اگزوزوم ها

to aid rapid cancer diagnostics.

برای دستیابی به تشخیص سریعِ سرطان.

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

اگر ما بتوانیم، اگزوزوم ها جدیدترین سلاح هشدار زودهنگام هستند،

to emerge on the liquid biopsy front.

تا آزمایش های خونی را جلو بیاندازد.

And they're really, really small.

و آنها واقعا ، واقعا کوچک اند.

They measure just 30 to 150 nanometers in diameter.

قطر آن ها فقط در حد ۳۰ تا ۱۵۰ نانومتر اندازه گیری میشود.

This is so tiny

این (اندازه) بسیار کوچک است.

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

شما میتوانید میلیون ها عدد از آنها را درون یک گلبول قرمز واحد جای دهید.

That's roughly the difference between a golf ball

(اختلاف آن دو) تقریبا مثل اختلاف توپ گلف

and a fine grain piece of sand.

و دانه خیلی کوچکی از ماسه است.

Once thought to be little bins for unwanted cellular waste,

تصور میشود که (اگزوزوم ها) به سطل زباله- هایی برای دفع مواد زائد سلولی می مانند،

it has been found that cells actually communicate

یافته شده است که سلول ها عملا ارتباط برقرار میکنند

by producing and absorbing these exosomes

با تولید کردن و جذب کردن آن اگزوزوم ها

which contain surface receptors,

که حاوی گیرنده های سطحی هستند،

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

پروتئین و مواد ژنتیکی دیگر از سلول مبدا شان دریافت میشود

When absorbed by a neighboring cell,

وقتی جذب می شوند توسط سلول همسایه،

exosomes release their contents into the receiving cell,

اگزوزوم ها محتویات خود را درون سلول مقصد منتشر میکنند.

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

و میتوانند شروع کنند در فرمول (بیان)ژن ها تغییرات بنیادی به وجود آورند

some good,

برخی (تغییرات) خوب

and this is where cancer comes in,

و این جایی است که سرطان شروع می شود،

some bad.

برخی (تغییرات) بد

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

چون آنها توسط موادی از سلول مادرشان پوششیده شدند،

and contain a sample of its environment,

و حاوی نمونه ایی از محیط آن جا هستند،

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

آنها یک عکس فوری ژنتیکی از سلامتی و مبدا سلولشان با خود همراه دارند.

تمامی آن خصوصیات ، اگزوزوم ها را به پیام رسانانی فوق العاده گرانبها تبدیل می کند.

All of these qualities make exosomes invaluable messengers

that potentially allow physicians

که بالقوه به فیزیک دانان اجازه میدهد

to eavesdrop on your health at the cellular level.

تا سلامتی شما را از سطح سلولی بفهمند. (احتمالا غیر مستقیم)

To catch cancer early, however,

برای مهار زودتر سرطان، هرچند،

you have to frequently intercept these messages

شما باید مکراراً جلوی آن پیام رسان ها را بگیرید

to determine when cancer-causing troublemakers within your body

تا مشخص کنید که چه زمانی عوامل اختلالگر سرطانی در بدن شما

decide to start staging a coup,

تصمیم به شروع به اجرا درآوردن (عملیات) کودتا می کنند،

which is why regular screening is so critical

این جوابیست بر اینکه چرا غربالگری منظم ، بسیار ضروری است.

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

و اینکه چرا ما تکنولوژی را برای امکان پذیر کردن این ها توسعه می دهیم.

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

هنگامی که اولین تشخیص گرهای برپایه اگزوزوم امسال در بازار عرضه شد،

they are not yet part of mainstream healthcare options.

هنوز خبری از گزینه های اصلی مراقبت های بهداشتی نبود.

In addition to their recent emergence,

علاوه بر این ظهور(انقلاب) اخیرشان،

another factor that's limiting their widespread adoption

فاکتور دیگری که استفاده گسترده آنها را محدود می کند

is that currently, no automated exosome isolation system exists

این است که هنوز، هیچ سیستم خودکار جداسازی اگزوزوم

to make regular screening economically accessible.

برای دردسترس بودن غربالگری های منظم اقتصادی ، وجود ندارد.

The current gold standard for exosome isolation

استاندارد طلایی فعلی برای جداسازی اگزوزوم ها

includes ultracentrifugation,

شامل اولتراسانتریفیوژ (ultracentrifugation) است،

a process requiring expensive laboratory equipment,

فرآیندی که نیاز یه تجهیزات آزمایشگاهی گران قیمتی دارد،

a trained lab tech

و یک تکنسین آموزش دیده،

and about 30 hours of time to process a sample.

و حدود۳۰ ساعت زمان برای عمل آوری یک نمونه.

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

ما با رویکرد های مختلفی برای دستیابی به جدا سازی خودکار اگزوزوم

از یک نمونه همچون ادرار، روبرو هستیم.

from a sample such as urine.

We use a chip-based, continuous flow separation technique

ما از یک تکنیک جداسازی جریان ادامه دار مبتنی بر تراشه استفاده میکنیم

called deterministic lateral displacement.

نامیده میشود "جابجایی قطعی افقی"، (deterministic lateral displacement) .

And we have done with it

ما با آن انجام می دهیم

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

کاری را که در ۵۰ سال گذشته بسیار با موفقیت صنایع نیمه هادی انجام داده اند.

We shrunk the dimensions of this technology

ما ابعاد این تکنولوژی را کوچکتر کرده ایم

from the micron scale to the true nanoscale.

از مقیاس میکرو درست به مقیاس نانو.

So how does it work?

چگونه کار می کند؟

In a nutshell,

در یک کلام،

a set of tiny pillars separated by nanoscopic gaps

یک مجموعه ایی از ستون ها که با فاصله های خالی در حد مقیاس نانو

are arranged in such a way

به طریقی منظم شده اند

that the system divides the fluid into streamlines,

که این سیستم مایع (آزمایش) را به جریان هایی تقسیم میکند،

with the larger cancer-related nanoparticles being separated

با نانو ذرات بزرگتر مربوط به سرطان،

که جداسازی میشوند از طریق یک فرآیند جهت دهی مجدد، از ذرات کوچکتر، سالم ترشان

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

which can in contrast

که در تضاد هستند با آنهایی که

move around the pillars in a zigzag-type motion

در میان ستون ها حرکت میکنند، حرکتی زیگزال مانند

in the direction of fluid flow.

در جهت جریان مایع

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

نتیجه عمده، جداسازی کامل جمعیت این دو ذرات است

You can visualize this separation process

شما میتوانید این فرآیند جداسازی را تجسم کنید

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

شبیه ترافیک (ماشین ها) که در بزرگراه ها به دو جاده تقسیم میشوند

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

که یکی از داخل تونلی با فاصله کم از کوه رد می شود،

and the other road going around it.

و جاده دیگری آن را دور می زند.

Here, smaller cars can go through the tunnel

در این شکل، ماشین های کوچک می توانند از داخل تونل عبور کنند

while larger trucks, carrying potentially hazardous material,

هنگامی که کامپیون های بزرگ مواد با خطر بالقوه حمل میکنند،

are forced to take the detour route.

مجبوربه عبور از مسیر انحرافی می شوند.

Traffic is effectively separated by size and contents

ترافیک به طور موثر جدا شد بر حسب سایز و محتویات

without impeding its flow.

بدون اینکه مانعی برای جریان باشد

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

و این دقیقا توضیحی است که سیستم ما چگونه در مقیاس بسیار بسیار کوچکتر کار میکند.

The idea here is that the separation process for screening

ایده ایی که مطرح شد فرآیند جداسازی برای غربالگری

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

میتواند فرآیند ساده برای ادرار، خون ، بزاق باشد

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

که در مدت کوتاهی در چند سال آینده امکان پذیر خواهد بود.

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

در نهایت، این(تکنولوژی) میتواند برای جداسازی و تشخیص اگزوزوم هایی استفاده شود

associated with a particular type of cancer,

متناظر با انواع سرطان های مشخص،

sensing and reporting their presence within minutes.

(که میتواند) حضور آنها را حس کرده و ظرف یک دقیقه گزارش دهد.

This would make rapid diagnostics virtually painless.

این امر باعث امکانپذیری تشخیص سریع بدون درد خواهد شد.

Broadly speaking,

به طور کلی ،

the ability to separate and enrich biomarkers

توانایی جداسازی و غنی کردن این نشانگر های زیستی

with nanoscale precision in an automated way,

با دقت نانو مقیاس در بصورت خودکار،

opens the door to better understanding diseases such as cancer,

درها را برای فهمیدن بهتر بیماری هایی مثل سرطان باز می کند،

with applications ranging from sample preparation to diagnostics,

با رویه هایی مرتب شده از آماده سازی نمونه تا تشخیص

and from drug resistance monitoring to therapeutics.

از مانیتورینگ مقاومت داروها تا درمانشناسی.

Even before my wife's bout with cancer,

حتی قبل از (این جلسه) همسرم با سرطان کشمکش میکرد

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

این آرزویی برایم است که این فرآیند خودکار را آسانتر کنم

to make regular screening more accessible,

برای انجام غربالگری های در دسترس تر،

similar to the way Henry Ford made the automobile accessible

مشابه همان کاری که هنری فورد اوتومبیل را در دسترس تر کرد

to the general population

برای عموم مردم

through development of the assembly line.

از طریق توسعه خط مونتاژ.

Automation is the key to accessibility.

خودکاری کلید در دسترس بودن است.

و قسمت اصلی رویای هوور : (سی و یکمین امین رئیس جمهور آمریکا)

And in the spirit of the Hoover dream,

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

" مرغی در هر دیگی و ماشینی در هر گاراژی."

we're developing a technology

ما توسعه دادیم یک تکنولوژی

that could ultimately place an early-warning cancer detection system

که میتواند نهایتاً جای دهد یک سیستم هشدار سریع تشخیص سرطان را

in every home.

در هر خانه ایی.

This would allow every man, woman and child

این میتواند به هر زن و مرد و بچه ایی اعطا کند

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

فرصت به طور معین تست کردن حتی هنگامی که هنوز سالم اند.

catching cancer when it first emerges.

گرفتن (آثار) بیماری در هنگام اولین پدیداری ها.

It is my hope and dream

این امید و آرزویم است

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

کمک کنم به مردم برای جلوگیری از هزینه های زیاد

physical, financial and emotional --

جسمانی، مالی و عاطفی

faced by today's cancer patients,

که بیماران سرطانی امروزی با آن مواجه اند،

hardships that I'm well acquainted with.

(و) سختی هایی که من به خوبی از آنان آگاهم.

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

من بسیار خوشحالم که خبر بدم،بخاطر اینکه ما زود (جلوی) سرطان همسرم را رو گرفتیم،

her treatment was successful,

درمان او موفقیت آمیز بود،

and she is now, thankfully, cancer-free.

و او خوشبختانه، الان از سرطان پاک است.

(Applause)

(تشویق حضار)

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

این نتیجه ایی است که من میخواهم برای هرکسی که علائمی از سرطان دارد ببینم

With the work that my team has already done

با کاری که تیم من به پایان رساند

on separation of nanoscale biomarkers

در جدا سازی نشانگر های نانو مقیاس

for rapid, early-stage cancer diagnostics,

برای تشخیص سریع و زود هنگام سرطان

I am optimistic that within the next decade,

من خوش بینم در دهه های بعدی

this type of technology will be available,

این قبیل تکنولوژی در دسترس خواهد بود.

helping protect our friends, our family and future generations.

(برای) حفاظت دوستانمان، خانواده مان و نسل های آینده.

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

حتی اگر ما خیلی بدشانس باشیم در تشخیص سرطان

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

آن هشدار زود هنگام برای ما فراهم خواهد کرد نوری از امیدواری

Thank you.

متشکرم.

(Applause)

(تشویق حضار)