This tiny particle could roam your body to find tumors | Sangeeta Bhatia

Fordító: Dóra Szagri Lektor: Péter Pallós

In the space that used to house one transistor,

Egy akkora helyen, ahol egykor egyetlen tranzisztor fért el,

we can now fit one billion.

ma már 1 milliárdot helyezhetünk el.

That made it so that a computer the size of an entire room

Így lehetséges az, hogy egy egész szobát betöltő számítógép

now fits in your pocket.

mára elfér a zsebünkben.

You might say the future is small.

Mondhatjuk: a jövő apró.

As an engineer,

Mérnökként

I'm inspired by this miniaturization revolution in computers.

a számítógépek miniatürizálásának forradalma lelkesedéssel tölt el.

As a physician,

Orvosként azon tűnődöm:

I wonder whether we could use it to reduce the number of lives lost

felhasználhatnánk-e a forradalmat, hogy csökkentsük

a világ egyik leginkább elharapózó betegségében elhunytak számát.

due to one of the fastest-growing diseases on Earth:

cancer.

Ez a betegség pedig a rák.

Now when I say that,

Amikor ezt most kimondtam,

what most people hear me say is that we're working on curing cancer.

a legtöbben arra gondolnak, hogy a rák gyógyításán dolgozunk.

And we are.

Ez így is van.

But it turns out

De mint kiderült,

that there's an incredible opportunity to save lives

ahhoz, hogy életet menthessünk,

through the early detection and prevention of cancer.

hatalmas szerepe van a rák korai felismerésének és megelőzésének.

Worldwide, over two-thirds of deaths due to cancer are fully preventable

Világszerte a rák okozta halálesetek több mint 2/3-a teljesen megelőzhető

using methods that we already have in hand today.

a jelenlegi módszerekkel,

Things like vaccination, timely screening

pl. oltással, idejében elvégzett szűréssel

and of course, stopping smoking.

és persze a dohányzás abbahagyásával.

But even with the best tools and technologies that we have today,

De pár daganatot még a legjobb eszközökkel és technológiákkal

some tumors can't be detected

sem lehet korán észlelni,

until 10 years after they've started growing,

csak 10 évvel azután, hogy elkezdett növekedni,

when they are 50 million cancer cells strong.

amikor már 50 millió rákos sejtből áll.

What if we had better technologies

Mi volna, ha olyan technológiánk lenne,

to detect some of these more deadly cancers sooner,

amivel e daganatokat sokkal hamarabb felfedezhetnénk,

when they could be removed,

amikor még eltávolíthatók,

when they were just getting started?

mikor még éppen hogy elkezdtek terjedni?

Let me tell you about how miniaturization might get us there.

Elmondom, hogy miniatürizálással miként érhető ez el.

This is a microscope in a typical lab

Ez egy átlagos labormikroszkóp,

that a pathologist would use for looking at a tissue specimen,

amit patológusok használnak

pl. biopsziából vagy PAP-kenetből származó szövetminta vizsgálatára.

like a biopsy or a pap smear.

This $7,000 microscope

Ezt a 7 000 dolláros mikroszkópot

would be used by somebody with years of specialized training

olyan szakember használja, akit évekig képeztek arra,

to spot cancer cells.

hogy megtalálja a rákos sejteket.

This is an image from a colleague of mine at Rice University,

Ezt a képet a Rice Egyetemen dolgozó egyik kollégámtól,

Rebecca Richards-Kortum.

Rebecca Richards-Kortumtól kaptam.

What she and her team have done is miniaturize that whole microscope

Ő és a csapata miniatürizálta az egész mikroszkópot

into this $10 part,

ebbe a 10 dolláros egységbe,

and it fits on the end of an optical fiber.

amely befér egy optikai szál végébe.

Now what that means is instead of taking a sample from a patient

Így ahelyett, hogy a betegtől levett mintát elküldenénk

and sending it to the microscope,

mikroszkópos vizsgálatra,

you can bring the microscope to the patient.

a beteghez hozzuk el a mikroszkópot.

And then, instead of requiring a specialist to look at the images,

S ahelyett, hogy szakember kellene a képek elemzéséhez,

you can train the computer to score normal versus cancerous cells.

megtaníthatjuk a számítógépet az ép és rákos sejtek megkülönböztetésére.

Now this is important,

Ez nagyon fontos,

because what they found working in rural communities,

mert vidéken azt tapasztalták,

is that even when they have a mobile screening van

hogy hiába van mobil szűrőállomásuk,

that can go out into the community and perform exams

amellyel e területekre eljutva vizsgálatokat végeznek

and collect samples

és mintákat gyűjtenek,

and send them to the central hospital for analysis,

elküldik őket elemzésre a központi kórházba,

that days later,

majd napokkal később

women get a call with an abnormal test result

felhívják a pácienst, hogy pozitívak az eredményei,

and they're asked to come in.

és megkérik, hogy fáradjon be.

Fully half of them don't turn up because they can't afford the trip.

Az esetek felében nem jelenik meg, mert nincs pénze az útra.

With the integrated microscope and computer analysis,

Ezzel a mikroszkópba integrált számítógéppel

Rebecca and her colleagues have been able to create a van

Rebecca és munkatársai olyan vizsgálóbuszt hoztak létre,

that has both a diagnostic setup and a treatment setup.

mely szűrőállomás és kezelőegység is egyben.

And what that means is that they can do a diagnosis

Ez azt jelenti, hogy helyben felállíthatják a diagnózist,

and perform therapy on the spot,

és elkezdhetik a kezelést,

so no one is lost to follow up.

tehát nem tűnik el senki a folyamatban.

That's just one example of how miniaturization can save lives.

Ez csak egy példa, hogy a miniatürizálás miként menthet életet.

Now as engineers,

Mérnökként

we think of this as straight-up miniaturization.

valódi miniatürizálásra gondolok.

You took a big thing and you made it little.

Fogunk egy nagy dolgot és kisebbet csinálunk belőle.

But what I told you before about computers

Korábban említettem, hogy a számítógépek

was that they transformed our lives

hogyan változtatták meg életünket,

when they became small enough for us to take them everywhere.

amikor épp elég kicsit lettek ahhoz, hogy bárhová magunkkal vihessük őket.

So what is the transformational equivalent like that in medicine?

Vajon mi ennek a megfelelője a gyógyításban?

Well, what if you had a detector

Milyen volna, ha lenne egy érzékelőnk,

that was so small that it could circulate in your body,

ami olyan kicsi, hogy keringhet a testünkben,

find the tumor all by itself

teljesen önállóan megtalálja a daganatot,

and send a signal to the outside world?

és jelet küld róla a külvilágnak?

Tudományos fantasztikumnak hangzik.

It sounds a little bit like science fiction.

But actually, nanotechnology allows us to do just that.

De a nanotechnológia épp ebben segít nekünk.

Nanotechnology allows us to shrink the parts that make up the detector

A nanotechnológia segít az érzékelőt összezsugorítani

from the width of a human hair,

egy emberi hajszál

which is 100 microns,

100 mikronnyi vastagságánál

to a thousand times smaller,

ezerszer kisebb,

which is 100 nanometers.

100 nanométeres egységgé.

And that has profound implications.

Ennek alapvető kihatásai vannak.

It turns out that materials actually change their properties

Kiderült, hogy a nano-mérettartományban

at the nanoscale.

az anyagok tulajdonságai megváltoznak

You take a common material like gold,

Veszünk egy közönséges anyagot,

and you grind it into dust, into gold nanoparticles,

pl. az aranyat, porrá őröljük, arany nanorészecskékké,

and it changes from looking gold to looking red.

és színe aranyról pirosra fog változni.

If you take a more exotic material like cadmium selenide --

Ha veszünk egy különlegesebb anyagot, mint pl. a kadmium-szelenidet

forms a big, black crystal --

– nagy, fekete kristályokból álló anyag –,

if you make nanocrystals out of this material

és nanokristályokat képezünk belőle,

and you put it in a liquid,

folyadékba tesszük,

and you shine light on it,

megvilágítjuk,

they glow.

akkor ragyogni fog.

And they glow blue, green, yellow, orange, red,

Kéken, zölden, sárgán, narancsosan és pirosan,

depending only on their size.

csakis méretüktől függően.

It's wild! Can you imagine an object like that in the macro world?

Ez hihetetlen! Elképzelhető ilyen a makrovilágban?

It would be like all the denim jeans in your closet are all made of cotton,

Mintha a szekrényünkben lógó, ugyanabból a pamutból készült farmerek

but they are different colors depending only on their size.

csakis méretüktől függően különböző színűek lennének.

(Laughter)

(Nevetés)

So as a physician,

Orvosként nemcsak az érdekel,

what's just as interesting to me

hogy az anyagok

is that it's not just the color of materials

hogyan változtatják színűket nanoméretekben,

that changes at the nanoscale;

hanem az is,

the way they travel in your body also changes.

hogy miként terjednek testünkben.

And this is the kind of observation that we're going to use

Ezt a megfigyelést használjuk,

to make a better cancer detector.

hogy jobb rákérzékelőket készítsünk.

So let me show you what I mean.

Megmutatom, mire gondolok.

This is a blood vessel in the body.

Ez egy véredény a testünkben.

Surrounding the blood vessel is a tumor.

A véredény körül daganat van.

We're going to inject nanoparticles into the blood vessel

Nanorészecskéket injektálunk ebbe az érbe,

and watch how they travel from the bloodstream into the tumor.

és megfigyeljük, hogyan kerülnek a véráramból a daganatba.

Now it turns out that the blood vessels of many tumors are leaky,

Kiderült, hogy számos daganat véredénye szivárog,

and so nanoparticles can leak out from the bloodstream into the tumor.

így a nanorészecskék kiszivároghatnak a véráramból a daganatba.

Whether they leak out depends on their size.

Hogy kijutnak-e, az a méretüktől függ.

So in this image,

Ezen a képen a kisebb,

the smaller, hundred-nanometer, blue nanoparticles are leaking out,

100 nanométeres kék részecske szivárog ki,

and the larger, 500-nanometer, red nanoparticles

a nagyobb, 500 nanométeres piros részecske pedig

are stuck in the bloodstream.

bent marad a véráramban.

So that means as an engineer,

Tehát attól függően,

depending on how big or small I make a material,

mekkorára készítek egy anyagot,

I can change where it goes in your body.

változtathatom, hogy hová kerüljön a testben.

In my lab, we recently made a cancer nanodetector

Laboromban nemrég készítettünk egy nanoméretű daganatérzékelőt.

that is so small that it could travel into the body and look for tumors.

Olyan kicsit, hogy képes keringeni a testben daganatok után kutatva.

We designed it to listen for tumor invasion:

Úgy terveztük, hogy figyelje a daganat terjedését:

the orchestra of chemical signals that tumors need to make to spread.

azon kémiai jelek összességét, melyeket terjedéséhez a daganat termel.

For a tumor to break out of the tissue that it's born in,

Hogy a daganat kiszabaduljon a szövetből, ahol keletkezett,

it has to make chemicals called enzymes

enzimeket kell kibocsátania,

to chew through the scaffolding of tissues.

hogy átrágja magát a környező szöveteken.

We designed these nanoparticles to be activated by these enzymes.

Úgy terveztük a nanorészecskéket, hogy ezek az enzimek indítsák be őket.

One enzyme can activate a thousand of these chemical reactions in an hour.

Egyetlen enzim egy óra alatt vegyi reakciók ezreit képes indítani.

Now in engineering, we call that one-to-a-thousand ratio

Ezt a mérnöki nyelvben

ezerszeres erősítésnek nevezzük,

a form of amplification,

and it makes something ultrasensitive.

ezzel tehetünk valamit nagyon érzékennyé.

So we've made an ultrasensitive cancer detector.

Így készítettünk egy nagyon érzékeny rákérzékelőt.

OK, but how do I get this activated signal to the outside world,

De hogyan juttassam ki a keletkezett jelet a külvilágba,

where I can act on it?

ahol aztán tudok vele valamit kezdeni?

For this, we're going to use one more piece of nanoscale biology,

Ehhez a nanoméretű biológia még egy elemét fogjuk használni,

and that has to do with the kidney.

mely a vesével kapcsolatos.

The kidney is a filter.

A vese egy szűrő.

Its job is to filter out the blood and put waste into the urine.

Feladata, hogy megszűrje vérünket, és a hulladékot a vizeletbe gyűjtse.

It turns out that what the kidney filters

Hogy a vese miket szűr ki,

is also dependent on size.

az szintén méretfüggő.

So in this image, what you can see

Ezen a képen, amint láthatják,

is that everything smaller than five nanometers

minden, ami kisebb mint 5 nanométer,

is going from the blood, through the kidney, into the urine,

az a vérből a vesén át egyenesen a vizeletbe távozik;

and everything else that's bigger is retained.

minden, ami ettől nagyobb, visszamarad.

OK, so if I make a 100-nanometer cancer detector,

Rendben, csinálok egy 100 nanométeres rákérzékelőt,

I inject it in the bloodstream,

bejuttatom a véráramba,

it can leak into the tumor where it's activated by tumor enzymes

beszivárog a daganatba, ahol az enzimek beindítják,

to release a small signal

így olyan jelet küld,

that is small enough to be filtered out of the kidney

ami elég kicsiny ahhoz, hogy a vese megszűrje,

and put into the urine,

és a vizeletbe kerüljön.

I have a signal in the outside world that I can detect.

Tehát kijutott a felismerhető jel.

OK, but there's one more problem.

De van még egy nehézség.

This is a tiny little signal,

A jel nagyon gyenge.

so how do I detect it?

Hogyan fogom felismerni?

Well, the signal is just a molecule.

A jel csupán egy molekula.

They're molecules that we designed as engineers.

E molekulákat mi, mérnökök terveztük.

They're completely synthetic, and we can design them

Teljesen szintetikusak és tervezhetők,

so they are compatible with our tool of choice.

azaz illeszthetők a kívánt eszközökhöz.

If we want to use a really sensitive, fancy instrument

Ha nagyon érzékeny és bonyolult műszert akarunk használni,

called a mass spectrometer,

pl. a tömegspektrométert,

then we make a molecule with a unique mass.

akkor egyedi tömegű molekulát készítünk.

Or maybe we want make something that's more inexpensive and portable.

Vagy talán olcsóbb és hordozhatóbb dolgot akarunk készíteni?

Then we make molecules that we can trap on paper,

Ehhez olyan molekulát tervezünk, melyet papíron csapdába ejthetünk,

like a pregnancy test.

mint pl. a terhességi teszt.

In fact, there's a whole world of paper tests

Egyre több papírteszt válik elérhetővé

that are becoming available in a field called paper diagnostics.

a papíralapú diagnosztika területén.

Alright, where are we going with this?

De mire megyünk ezzel?

What I'm going to tell you next,

Életemet

as a lifelong researcher,

a kutatásra tettem föl,

represents a dream of mine.

elmondom egyik álmomat.

I can't say that's it's a promise;

Nem mondhatom,

it's a dream.

hogy ez ígéret: még csak álom,

But I think we all have to have dreams to keep us pushing forward,

De előrevivő álmok mindannyiunknak kellenek,

even -- and maybe especially -- cancer researchers.

kiváltképp a rákkutatóknak.

I'm going to tell you what I hope will happen with my technology,

Elmondom, mit remélek, mi történik majd a technológiámmal,

that my team and I will put our hearts and souls

aminek megvalósításába

csapatom és én szívünket-lelkünket beleadtuk.

into making a reality.

OK, here goes.

Rendben, ez lenne az.

I dream that one day,

Az az álmom, hogy egy nap

instead of going into an expensive screening facility

ahelyett, hogy egy drága szűrőközpontba mennénk

to get a colonoscopy,

vastagbéltükrözést,

or a mammogram,

mammográfiát

or a pap smear,

vagy PAP-kenetet végeztetni,

that you could get a shot,

kapunk egy injekciót,

wait an hour,

várunk egy órát,

and do a urine test on a paper strip.

majd vizeletmintát adunk egy tesztcsíkra.

I imagine that this could even happen

Úgy képzelem, hogy ehhez még

without the need for steady electricity,

elektromosság

or a medical professional in the room.

vagy egészségügyi szakember sem kell.

Maybe they could be far away

Lehetnek távol is egymástól;

and connected only by the image on a smartphone.

a kapcsolat csupán az okostelefonon lévő kép.

Now I know this sounds like a dream,

Tudom, ez ábrándnak hangzik,

but in the lab we already have this working in mice,

de a laborban, egereken már működik,

where it works better than existing methods

s jobban, mint a tüdő-, vastagbél- és petefészekrák felderítésére

for the detection of lung, colon and ovarian cancer.

használt jelenlegi módszerek.

And I hope that what this means

Remélem, ez azt jelenti,

is that one day we can detect tumors in patients

hogy egykor a keletkezésétől számított 10 évnél hamarább

sooner than 10 years after they've started growing,

ismerhetjük föl majd a daganatot

in all walks of life,

a lakosság minden rétegében,

all around the globe,

az egész bolygón.

and that this would lead to earlier treatments,

Így korábban kezdhetnénk a kezelést,

and that we could save more lives than we can today,

és a korai felismerés révén több életet menthetnénk meg,

with early detection.

mint ma.

Thank you.

Köszönöm a figyelmet!

(Applause)

(Taps)