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

翻訳: Eriko T 校正: Reiko Bovee

In the space that used to house one transistor,

昔１台のトランジスターを収容するのに 要していた空間には

we can now fit one billion.

今や10億個のトランジスターを 詰め込むことができ

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

かつて１つの部屋をまるごと占領していた 大きなコンピューターは

now fits in your pocket.

ポケットに入るサイズになりました

You might say the future is small.

進歩とは小型化であると いえるかもしれませんね

As an engineer,

エンジニアとしての私は

I'm inspired by this miniaturization revolution in computers.

コンピューターの小型化革命から インスピレーションを受け

As a physician,

医師としての私は

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

それを使い 最も急速に増加しているある病気から

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

一人でも多くの命を 救えないかと考えています

cancer.

それは癌です

Now when I say that,

そう言うと

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

ほとんどの人は 私たちが 癌治療の研究をしていると思います

And we are.

確かにそうですが

But it turns out

実際のところは

that there's an incredible opportunity to save lives

癌の早期発見と予防を通して 人命を救うという—

through the early detection and prevention of cancer.

素晴らしい機会を見い出したのです

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

世界中の癌による死亡の３分の２以上は

今ある方法で完全に予防可能です

using methods that we already have in hand today.

Things like vaccination, timely screening

ワクチン､癌検診による早期発見

and of course, stopping smoking.

そして もちろん 喫煙をやめることなどです

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

ですが 最高の技術や方法をもってしても

some tumors can't be detected

癌の中には 検診をすり抜け続け

until 10 years after they've started growing,

その間 癌細胞が増殖し

when they are 50 million cancer cells strong.

10年後 ５千万個にもなって やっと見つかるものもあります

What if we had better technologies

もし このような危険な癌を

to detect some of these more deadly cancers sooner,

除去出来るはずの萌芽期に

早期発見してくれる—

when they could be removed,

when they were just getting started?

技術があったらどうでしょう？

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

機器の小型化が これに どう寄与するのかお話ししましょう

This is a microscope in a typical lab

これは ごく普通の実験室にある顕微鏡で

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

病理学者が生検や 子宮がん検診で

like a biopsy or a pap smear.

細胞サンプルを見るのに使います

This $7,000 microscope

この７千ドルもする顕微鏡で

would be used by somebody with years of specialized training

何年も専門的な訓練を積んだ専門家が

to spot cancer cells.

癌細胞を探します

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

これはライス大学の同僚

レベッカ・リチャーズ＝コルトムの 資料からです

Rebecca Richards-Kortum.

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

彼女はチームと共に 顕微鏡を小型化し

into this $10 part,

１個あたり10ドルにしたので

and it fits on the end of an optical fiber.

ファイバースコープの先端に 取り付けられるようになりました

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

これで 患者から細胞の サンプルを取って

and sending it to the microscope,

顕微鏡で調べる代わりに

you can bring the microscope to the patient.

顕微鏡を患者の体内に送りこめます

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

それから 画像診断の専門家に 読み取ってもらう代わりに

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

コンピューターを訓練して 正常な細胞と癌細胞を記録させます

Now this is important,

これが大事な理由は

because what they found working in rural communities,

ブラジルの田舎で こういうことが起きているからです

is that even when they have a mobile screening van

子宮癌検診機器が搭載された検診車で

that can go out into the community and perform exams

地方を回って検診を行い

and collect samples

組織を採取して

and send them to the central hospital for analysis,

分析のため 中央病院に送っても

that days later,

その数日後

women get a call with an abnormal test result

細胞診異常の知らせを受け 来院するようにと

and they're asked to come in.

連絡を受けた女性の半分以上は

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

旅費がないので 病院に来ることはないのです

With the integrated microscope and computer analysis,

しかし 手術用顕微鏡と コンピューター解析機器を持って

Rebecca and her colleagues have been able to create a van

レベッカ達は 診断と治療を同時に行える

that has both a diagnostic setup and a treatment setup.

診断治療車を作りました

And what that means is that they can do a diagnosis

これで診断と治療を

and perform therapy on the spot,

出張先のその場で行うことができ

so no one is lost to follow up.

治療から漏れてしまう人がいなくなります

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

これは小型化が 人命を救うほんの一例です

Now as engineers,

私たちエンジニアにとっては

we think of this as straight-up miniaturization.

これは単純明解な小型化の例なのです

You took a big thing and you made it little.

大きなものを小さくしたのですから

But what I told you before about computers

このように コンピューターが小型化され

was that they transformed our lives

どこにでも持ち運びできるようになり

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

私たちの生活が一変しました

So what is the transformational equivalent like that in medicine?

この変革は医療に置き換えると 何にあたるでしょうか？

Well, what if you had a detector

もし 極小サイズで

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

人体内を自在に循環し

find the tumor all by itself

自分で腫瘍を発見し

and send a signal to the outside world?

体外にシグナルを送る 診断機器があったとしたら？

It sounds a little bit like science fiction.

SFみたいな話ですね

But actually, nanotechnology allows us to do just that.

ナノテクノロジーはまさに これを可能にするのです

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

ナノテクノロジーで 診断機器の構成要素を

from the width of a human hair,

人毛の太さ程の

which is 100 microns,

100ミクロンから

to a thousand times smaller,

その千分の１の大きさの

which is 100 nanometers.

100ナノメートルまで 縮小出来ます

And that has profound implications.

これは非常に大きな意味を持ちます

It turns out that materials actually change their properties

物質はナノスケールの大きさになると

at the nanoscale.

その性質が変わるのです

You take a common material like gold,

日常で見られる物質 例えば金は

and you grind it into dust, into gold nanoparticles,

粉砕してナノ粒子にすると

and it changes from looking gold to looking red.

金色から赤い色に変わります

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

もっと珍しい物質 例えばセレン化カドミウムは—

forms a big, black crystal --

大きな黒い結晶体ですが—

if you make nanocrystals out of this material

ナノクリスタル化して

and you put it in a liquid,

液体に入れて

and you shine light on it,

光をあてると

they glow.

光ります

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

青､緑､黄色､オレンジ､赤など

depending only on their size.

粒子のサイズにより 様々な色で光るのです

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

ミクロの世界の外でこんなにすごい物質 ありえないですよね？

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

クローゼットにあるジーンズが 素材はどれも綿100％だけど

but they are different colors depending only on their size.

大きさによって全部 色が違ってきちゃうようなものです

(Laughter)

（笑）

So as a physician,

これを医師として見たときに

what's just as interesting to me

同様に興味深いと思うのは

is that it's not just the color of materials

ナノスケールになったとき

that changes at the nanoscale;

物質の色だけではなく

the way they travel in your body also changes.

それが人体内を移動する際の動きも 変化することです

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

この特質を用いて

to make a better cancer detector.

より高性能の癌診断機器を作ります

So let me show you what I mean.

どういうことか お見せしましょう

This is a blood vessel in the body.

これは人体内の血管です

Surrounding the blood vessel is a tumor.

それを囲んでいるのが腫瘍

We're going to inject nanoparticles into the blood vessel

この血管にナノ粒子を注入して

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

それが血流から腫瘍へと どのように移動するかを見てみましょう

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

腫瘍の多くは 血管が穴だらけなので

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

粒子が血管から腫瘍へと漏れ出るのですが

Whether they leak out depends on their size.

それは粒子の大きさで決まります

So in this image,

ここでは

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

小さな100ナノメートルの 青いナノ粒子が漏れ出していて

and the larger, 500-nanometer, red nanoparticles

大きな500ナノメートルの 赤いナノ粒子は

are stuck in the bloodstream.

血流内に留まっています

So that means as an engineer,

つまり エンジニアとしては

depending on how big or small I make a material,

作る素材の大小によって

I can change where it goes in your body.

体内のどこに届くのかを コントロールすることができるのです

In my lab, we recently made a cancer nanodetector

私の研究室では最近 ナノサイズの癌診断機器を作りました

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

体内で腫瘍を探しまわれるくらい 本当に小さいのです

We designed it to listen for tumor invasion:

腫瘍の侵略を探知するように デザインされており

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

腫瘍の増殖に必要な化学物質のシグナルが 奏でる響きを聞き分けます

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

腫瘍が生じた組織内を 出て増殖するには

it has to make chemicals called enzymes

酵素という化学物質を作り

to chew through the scaffolding of tissues.

組織の壁組みを侵食しなくてはなりません

We designed these nanoparticles to be activated by these enzymes.

そこで この酵素で活性化される ナノ粒子を作りました

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

１つの酵素はこうした化学反応を １時間で千回も引き起こします

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

これは 工学では 「1:1000比」と呼び

活性化の増幅を表します

a form of amplification,

and it makes something ultrasensitive.

これが超感度のものを作り上げるのです

So we've made an ultrasensitive cancer detector.

この方法で 超高感度の癌診断機器を作りました

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

ではこの活性化されたシグナルを どのようにして人体外へ発信させ

where I can act on it?

治療に使えるのでしょうか？

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

これには もう１つ ナノスケールの生物学が関係します

and that has to do with the kidney.

腎臓に関することです

The kidney is a filter.

腎臓はフィルターの役割を担っていて

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

血液をろ過し 老廃物を尿に流します

It turns out that what the kidney filters

さて 腎臓が何をろ過するかも

is also dependent on size.

その大きさで決まるのです

So in this image, what you can see

このように

is that everything smaller than five nanometers

大きさが５ナノメートル以下の粒子は全て

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

血流を流れ腎臓へ そして尿へと排出されます

and everything else that's bigger is retained.

それより大きい粒子は 全て体内に留まります

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

もし100ナノメートルの大きさの 癌診断機器を作り

I inject it in the bloodstream,

血流に注入すると

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

血管から漏れ出し 腫瘍へと流れ込み 腫瘍酵素により活性化され

to release a small signal

小さなシグナルを放出します

that is small enough to be filtered out of the kidney

そのシグナルはとても小さいので 腎臓でろ過されて

and put into the urine,

尿へと排出され

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

尿に現れるシグナルで 癌を検出できるのですが

OK, but there's one more problem.

もう１つ問題が残っています

This is a tiny little signal,

この非常に小さなシグナルを

so how do I detect it?

どうやって検出するかです

Well, the signal is just a molecule.

このシグナルは単なる粒子で

They're molecules that we designed as engineers.

私たちエンジニアが作ったものです

They're completely synthetic, and we can design them

完全に人工的なものなので

私たちが使いたい機器に 合うように設計できます

so they are compatible with our tool of choice.

If we want to use a really sensitive, fancy instrument

もし 超高感度の高性能機器である—

called a mass spectrometer,

質量分析器を使いたいなら

then we make a molecule with a unique mass.

その精度に合わせ 特有の質量を持った粒子を作ります

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

もし 安価で手軽に持ち運べるものを 作りたい場合は

Then we make molecules that we can trap on paper,

妊娠検査キットのように

紙に埋め込める粒子を作ります

like a pregnancy test.

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

実際 紙基盤診断の分野では

that are becoming available in a field called paper diagnostics.

紙素材の診断デバイスが あらゆる診断に 用いられるようになっています

Alright, where are we going with this?

では 私たちはこれで何を 目指しているのでしょう？

What I'm going to tell you next,

これからお話しするのは

as a lifelong researcher,

私が研究者人生を通して

represents a dream of mine.

夢見ていることです

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

この実現が約束されている訳ではありません

it's a dream.

夢です

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

しかし 夢がなければ 誰も突き進むことはできません

even -- and maybe especially -- cancer researchers.

特に癌研究者にこそ それが言えるのかもしれません

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

私がチームの仲間と共に 全身全霊を傾けて

that my team and I will put our hearts and souls

この技術で どんなことを実現したいのか

into making a reality.

お話しします

OK, here goes.

こうです

I dream that one day,

いつか こうなる日を夢見ています

instead of going into an expensive screening facility

高額の診断施設に行き

to get a colonoscopy,

大腸内視鏡検査や

or a mammogram,

マンモグラフィーや

or a pap smear,

子宮がん検診を受ける代わりに

that you could get a shot,

注射をして

wait an hour,

１時間待ち

and do a urine test on a paper strip.

紙の検査ストリップを使い 尿検査を行うのです

I imagine that this could even happen

この方法だと 検査室に

without the need for steady electricity,

電気や医療従事者が常に必要だ ということはなくなるでしょう

or a medical professional in the room.

Maybe they could be far away

医療従事者たちは遠隔地から

and connected only by the image on a smartphone.

スマートフォンの画像で 診断できるようになるかもしれません

Now I know this sounds like a dream,

これは夢のような話に 聞こえるかもしれませんが

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

研究室では これは既に マウスで実証されており

where it works better than existing methods

肺がん､結腸がん､卵巣がんの診断において

for the detection of lung, colon and ovarian cancer.

従来の方法よりも成果を上げています

And I hope that what this means

いつか これを使って

is that one day we can detect tumors in patients

患者の腫瘍が 早期発見できるようになること—

sooner than 10 years after they've started growing,

10年して腫瘍が 増殖してしまってからではなく—

in all walks of life,

世界中 いかなる状況下でも

all around the globe,

and that this would lead to earlier treatments,

早期発見で早期治療が可能となり

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

今よりも もっと多くの患者の命を

with early detection.

救えるようになることを願っています

Thank you.

ありがとうございました

(Applause)

（拍手）