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

Vertaald door: Charlotte van Noort Nagekeken door: Peter van de Ven

In the space that used to house one transistor,

In de ruimte waar vroeger één transistor paste,

we can now fit one billion.

kunnen we er nu een miljard kwijt.

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

Dit heeft ervoor gezorgd dat een computer ter grootte van een hele kamer

now fits in your pocket.

nu in je zak past.

You might say the future is small.

Je kan zeggen dat de toekomst klein is.

As an engineer,

Als ingenieur

I'm inspired by this miniaturization revolution in computers.

ben ik geïnspireerd door deze revolutie van miniaturisering in computers.

As a physician,

Als arts

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

vraag ik me af of we dit kunnen gebruiken om het aantal sterfgevallen te beperken

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

ten gevolge van een van de meest snelgroeiende ziektes op aarde:

cancer.

kanker.

Now when I say that,

Als ik dat zeg,

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

is wat de meeste mensen horen dat ik werk aan het genezen van kanker.

And we are.

En dat doen we ook.

But it turns out

Maar wat blijkt,

that there's an incredible opportunity to save lives

is dat we een geweldige kans hebben om levens te redden

through the early detection and prevention of cancer.

door vroege detectie en het voorkomen van kanker.

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

Wereldwijd zijn tweederde van de sterfgevallen als gevolg van kanker

te voorkomen met bestaande middelen.

using methods that we already have in hand today.

Things like vaccination, timely screening

Dingen zoals vaccinaties, tijdige controle

and of course, stopping smoking.

en natuurlijk stoppen met roken.

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

Maar zelfs met de beste middelen en technologieën die we nu hebben,

some tumors can't be detected

kunnen sommige tumoren niet gevonden worden

until 10 years after they've started growing,

totdat ze al 10 jaar oud zijn

when they are 50 million cancer cells strong.

en 50 miljoen cellen sterk.

What if we had better technologies

Als we nu eens betere technieken hadden

to detect some of these more deadly cancers sooner,

om sommige van de dodelijkste kankers eerder te ontdekken,

when they could be removed,

als ze verwijderd zouden kunnen worden als ze pas net beginnen te groeien?

when they were just getting started?

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

Laat me je vertellen hoe miniaturisering ons zou kunnen helpen.

This is a microscope in a typical lab

Dit is een microscoop in een typisch lab

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

die een patholoog zou gebruiken om naar een weefselmonster te kijken,

like a biopsy or a pap smear.

zoals een biopsie of een uitstrijkje.

This $7,000 microscope

Deze microscoop van 7.000 dollar

would be used by somebody with years of specialized training

wordt gebruikt door iemand met jaren gespecialiseerde training

to spot cancer cells.

om kankercellen te herkennen.

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

Dit is een afbeelding van mijn collega aan Rice University,

Rebecca Richards-Kortum.

Rebecca Richards-Kortum.

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

Wat zij en haar team hebben gedaan, is die hele microscoop miniaturizeren

into this $10 part,

tot dit onderdeel van 10 dollar,

and it fits on the end of an optical fiber.

wat op het eind van een glasvezel past.

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

Wat dit betekent is dat in plaats van een monster van een patiënt te nemen

and sending it to the microscope,

en naar de microscoop te sturen,

you can bring the microscope to the patient.

je de microscoop naar de patiënt kan brengen.

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

En dan, in plaats van een specialist naar de foto's te laten kijken,

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

kan je de computer trainen om normale cellen en kankercellen te vergelijken.

Now this is important,

Dit is belangrijk,

because what they found working in rural communities,

omdat in landelijke gemeenschappen,

is that even when they have a mobile screening van

zelfs als mobiele screening beschikbaar is

that can go out into the community and perform exams

om in de gemeenschap ter plaatse onderzoeken te doen

and collect samples

en monsters te nemen

and send them to the central hospital for analysis,

en ze naar het centrale ziekenhuis te sturen voor analyse,

that days later,

dat wanneer dagen later

women get a call with an abnormal test result

vrouwen worden gebeld over een abnormaal resultaat

and they're asked to come in.

en worden uitgenodigd om langs te komen,

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

de helft van hen niet komt opdagen, omdat ze de reis niet kunnen betalen.

With the integrated microscope and computer analysis,

Met de geïntegreerde microscoop en computeranalyse

Rebecca and her colleagues have been able to create a van

hebben Rebecca en haar collega's een busje kunnen maken

that has both a diagnostic setup and a treatment setup.

dat de diagnostische technologie en de behandelingsmaterialen heeft.

And what that means is that they can do a diagnosis

Dat betekent dat ze de diagnose

and perform therapy on the spot,

en de therapie ter plekke kunnen doen,

so no one is lost to follow up.

zodat niemand in het proces verloren gaat.

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

Dit is slechts één voorbeeld van hoe miniaturisering levens kan redden.

Now as engineers,

Als ingenieurs

we think of this as straight-up miniaturization.

zien we dit simpelweg als miniaturisering.

You took a big thing and you made it little.

Je had iets groots en hebt het klein gemaakt.

But what I told you before about computers

Maar wat ik je net vertelde over computers,

was that they transformed our lives

was dat ze onze levens hebben veranderd

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

toen ze klein genoeg werden om ze overal mee naartoe te nemen.

So what is the transformational equivalent like that in medicine?

Dus wat is de transformatieve equivalent hiervan in de geneeskunde?

Well, what if you had a detector

Als je nu eens een detector had

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

die klein genoeg was om door je lichaam te bewegen,

find the tumor all by itself

die de tumor helemaal zelf kon vinden

and send a signal to the outside world?

en een signaal kon geven aan de buitenwereld?

It sounds a little bit like science fiction.

Het klinkt een beetje als science fiction.

But actually, nanotechnology allows us to do just that.

Maar in werkelijkheid laat nanotechnologie ons precies dat doen.

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

Nanotechnologie geeft ons de mogelijkheid onderdelen van de detector te doen krimpen

from the width of a human hair,

van de breedte van een mensenhaar,

which is 100 microns,

100 micron,

to a thousand times smaller,

tot duizend keer kleiner,

which is 100 nanometers.

100 nanometer.

And that has profound implications.

En dat heeft ingrijpende gevolgen.

It turns out that materials actually change their properties

Het blijkt dat materialen hun eigenschappen veranderen

at the nanoscale.

op een nanoschaal.

You take a common material like gold,

Je neemt een gewoon materiaal zoals goud

and you grind it into dust, into gold nanoparticles,

en maalt het tot poeder, tot gouden nanodeeltjes,

and it changes from looking gold to looking red.

en het verandert in kleur van goud naar rood.

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

Als je een exotischer materiaal neemt, zoals cadmium selenide --

forms a big, black crystal --

vormt een grote, zwarte kristal --

if you make nanocrystals out of this material

als je van dit materiaal nanokristallen maakt,

and you put it in a liquid,

en je stopt ze in een vloeistof

and you shine light on it,

en je schijnt er licht op,

they glow.

dan gloeien ze.

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

Ze gloeien blauw, groen, geel, oranje, rood,

depending only on their size.

alleen afhankelijk van hun maat.

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

Het is geweldig! Kan je je zo'n voorwerp voorstellen in de macrowereld?

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

Stel je voor dat alle jeans in je kast van katoen zijn gemaakt,

but they are different colors depending only on their size.

maar verschillende kleuren hebben afhankelijk van hun maat.

(Laughter)

(Gelach)

So as a physician,

Dus wat ik als arts

what's just as interesting to me

net zo interessant vind,

is that it's not just the color of materials

is dat het niet alleen de kleur van het materiaal is

that changes at the nanoscale;

die verandert op de nanoschaal;

the way they travel in your body also changes.

de manier waarop ze door je lichaam bewegen verandert ook.

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

Het is dit soort observaties die we gaan gebruiken

to make a better cancer detector.

om een betere kankerdetector te maken.

So let me show you what I mean.

Ik zal laten zien wat ik bedoel.

This is a blood vessel in the body.

Dit is een bloedvat in het lichaam.

Surrounding the blood vessel is a tumor.

Rondom het bloedvat zit een tumor.

We're going to inject nanoparticles into the blood vessel

We gaan nanodeeltjes injecteren in het bloedvat

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

en kijken hoe ze bewegen van de bloedbaan naar de tumor.

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

Nu blijkt dat de bloedvaten van veel tumoren lekken

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

en dus kunnen veel nanodeeltjes van de bloedbaan de tumor in lekken.

Whether they leak out depends on their size.

Of ze het bloedvat uitlekken is afhankelijk van hun maat.

So in this image,

Dus in dit plaatje

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

lekken de kleinere, honderd-nanomenter, blauwe deeltjes eruit

and the larger, 500-nanometer, red nanoparticles

en de grotere, 500-nanometer, rode nanodeeltjes

are stuck in the bloodstream.

zitten vast in de bloedbaan.

So that means as an engineer,

Dat betekent dat ik als ingenieur,

depending on how big or small I make a material,

afhankelijk van hoe groot of klein ik een materiaal maak,

I can change where it goes in your body.

kan veranderen waar het in je lichaam naartoe gaat.

In my lab, we recently made a cancer nanodetector

In mijn lab hebben we onlangs een nanodetector voor kanker gemaakt

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

die zo klein is dat hij door het lichaam kan reizen en naar tumoren kan zoeken.

We designed it to listen for tumor invasion:

We hebben hem ontworpen om naar tumorinvasie te zoeken:

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

de verzameling van chemische signalen die tumoren moeten maken om uit te zaaien.

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

Om uit het oorspronkelijke weefsel los te breken

it has to make chemicals called enzymes

moet een tumor chemicaliën produceren, genaamd enzymen,

to chew through the scaffolding of tissues.

om door de matrix van het weefsel te knagen.

We designed these nanoparticles to be activated by these enzymes.

We hebben deze nanodeeltjes zó ontworpen dat ze door de enzymen geactiveerd worden.

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

Één enzym kan duizend van deze chemische reacties per uur in gang zetten.

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

Wij ingenieurs noemen die één-op-duizend verhouding

a form of amplification,

een vorm van versterking

and it makes something ultrasensitive.

en het maakt iets ultragevoelig.

So we've made an ultrasensitive cancer detector.

Dus we hebben een ultra-gevoelige kankerdetector.

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

OK, maar hoe krijgen we dit geactiveerde signaal de buitenwereld in,

where I can act on it?

waar we er wat mee kunnen doen?

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

Hiervoor gebruiken we opnieuw biologie op nanoschaal

and that has to do with the kidney.

en nu heeft het te maken met de nieren.

The kidney is a filter.

Een nier is een filter.

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

Haar taak is het bloed te filteren en afval in urine te stoppen.

It turns out that what the kidney filters

Het blijkt dat wat de nieren filteren

is also dependent on size.

ook van maat afhangt.

So in this image, what you can see

Dus wat je op dit plaatje ziet,

is that everything smaller than five nanometers

is dat alles dat kleiner is dan vijf nanometer

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

van het bloed, door de nieren, de urine in gaat

and everything else that's bigger is retained.

en al het andere, dat groter is, blijft zitten.

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

OK, dus als ik een 100-nanometer kankerdetector maak,

I inject it in the bloodstream,

hem in de bloedbaan injecteer,

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

kan hij de tumor in lekken, waar hij wordt geactiveerd door tumorenzymen

to release a small signal

en een klein signaal afgeeft

that is small enough to be filtered out of the kidney

dat klein genoeg is om de nieren uit gefilterd te worden

and put into the urine,

en in de urine terecht te komen,

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

dan heb ik een signaal in de buitenwereld dat ik kan waarnemen.

OK, but there's one more problem.

OK, maar er is nog één probleem.

This is a tiny little signal,

Dit is een heel klein signaal,

so how do I detect it?

dus hoe neem ik het waar?

Well, the signal is just a molecule.

Nou, het signaal is gewoon een molecuul.

They're molecules that we designed as engineers.

Het zijn moleculen die we als ingenieurs hebben ontworpen.

They're completely synthetic, and we can design them

Ze zijn helemaal synthetisch en we kunnen ze zó ontwerpen

so they are compatible with our tool of choice.

dat ze passen bij een techniek naar keuze.

If we want to use a really sensitive, fancy instrument

Als we een heel gevoelig, chique instrument willen gebruiken,

called a mass spectrometer,

genaamd een massaspectrometer,

then we make a molecule with a unique mass.

kunnen we een molecuul maken met een unieke massa.

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

Of misschien willen we iets maken dat betaalbaarder en draagbaar is.

Then we make molecules that we can trap on paper,

Dan maken we moleculen die we op papier kunnen vangen,

like a pregnancy test.

zoals een zwangerschapstest.

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

Er bestaat een hele wereld aan papieren tests

that are becoming available in a field called paper diagnostics.

die beschikbaar worden in een veld dat papierdiagnostiek heet.

Alright, where are we going with this?

Goed, waar leidt dit toe?

What I'm going to tell you next,

Wat ik je nu ga vertellen,

as a lifelong researcher,

als levenslange onderzoeker,

represents a dream of mine.

vertegenwoordigt een droom van mij.

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

Ik kan het geen belofte noemen;

it's a dream.

het is een droom.

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

Maar ik denk dat we allemaal dromen moeten hebben om ons voort te drijven,

even -- and maybe especially -- cancer researchers.

zelfs -- en misschien vooral -- kankeronderzoekers.

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

Ik zal je vertellen wat ik hoop dat zal gebeuren met mijn technologie,

that my team and I will put our hearts and souls

waar mijn team en ik ons hart en ziel in zullen steken

into making a reality.

om het te realiseren.

OK, here goes.

OK, daar gaan we.

I dream that one day,

Ik droom dat op een dag,

instead of going into an expensive screening facility

in plaats van dure scans te moeten laten maken,

to get a colonoscopy,

zoals een colonoscopie,

or a mammogram,

of een mammogram,

or a pap smear,

of een uitstrijkje,

that you could get a shot,

dat je een spuitje kan krijgen

wait an hour,

en na een uur wachten

and do a urine test on a paper strip.

een urinetest kan doen op een papieren strookje.

I imagine that this could even happen

Ik stel me voor dat dit zelfs zou kunnen

without the need for steady electricity,

zonder stabiele elektriciteitsvoorziening

or a medical professional in the room.

of aanwezigheid van een medische professional.

Maybe they could be far away

Misschien zouden ze ver weg zijn

and connected only by the image on a smartphone.

en alleen verbonden middels het beeld op een smartphone.

Now I know this sounds like a dream,

Ik weet dat dit klinkt als een droom,

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

maar in het lab werkt dit al bij muizen,

where it works better than existing methods

en het werkt daar beter dan bestaande methodes

for the detection of lung, colon and ovarian cancer.

voor het detecteren van long-, darm- en eierstokkanker.

And I hope that what this means

Ik hoop dat dit betekent

is that one day we can detect tumors in patients

dat we op een dag bij patiënten tumoren kunnen ontdekken

sooner than 10 years after they've started growing,

eerder dan 10 jaar nadat ze beginnen te groeien,

in all walks of life,

in alle levensstijlen,

all around the globe,

overal op de wereld,

and that this would lead to earlier treatments,

en dat dit leidt tot eerdere behandelingen

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

en dat we meer levens kunnen redden dan we nu kunnen,

with early detection.

door vroege detectie.

Thank you.

Dankjewel.

(Applause)

(Applaus)