New nanotech to detect cancer early | Joshua Smith

Переводчик: Tatiana Nikitina Редактор: Anna Kotova

"You have cancer."

«У вас рак».

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

К сожалению, примерно 40% из нас услышат эти слова в течение своей жизни,

and half will not survive.

и половина из них не выживет.

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

То есть у двоих из пяти ваших ближайших друзей и родственников

will be diagnosed with some form of cancer,

будет диагностирована та или иная форма рака,

and one will die.

и один из них умрёт.

Beyond the physical hardships,

Помимо физических страданий,

roughly one-third of cancer survivors here in the US

примерно треть из выживших после рака здесь, в США,

will go into debt from treatment.

влезут в долги из-за лечения.

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

Среди них вероятность банкротства как минимум в 2,5 раза выше,

than those without cancer.

чем среди тех, у кого не было рака.

This disease is pervasive.

Эта болезнь влияет на все аспекты жизни.

It's emotionally draining

Она эмоционально изнуряющая

and, for many,

и для многих

financially destructive.

финансово разрушительная.

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

Но диагноз рака не должен быть смертным приговором.

Finding cancer early,

Раннее обнаружение рака,

closer its genesis,

вскоре после его зарождения, —

is one of the critical factors to improving treatment options,

один из важнейших факторов улучшения возможностей лечения,

reducing its emotional impact

снижения эмоциональной нагрузки

and minimizing financial burdens.

и уменьшения финансового бремени.

Most importantly,

Что важнее всего,

finding cancer early --

раннее обнаружение рака —

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

а это одна из основных целей моего исследования —

greatly enhances your odds of survival.

значительно повышает шансы на выживание.

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

Если, например, взглянуть на этот случай рака груди,

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

видно, что у тех, у кого диагностика и лечение проведены на первой стадии,

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

коэффициент 5-летней выживаемости почти 100% —

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

и этот шанс снижается до всего 22%, если лечение начато на четвёртой стадии.

And similar trends are found for colorectal and ovarian cancer.

Схожие тенденции обнаруживают для рака прямой кишки и яичников.

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

Итак, мы знаем, что ранняя и точная диагностика

is critical for survival.

критически важна для выживания.

The problem is that many cancer diagnostic tools are invasive,

Проблема в том, что многие методы диагностики рака инвазивны,

costly,

дороги,

often inaccurate

часто неточны

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

и могут требовать чудовищного количества времени для получения результатов.

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

Что ещё хуже, для некоторых форм рака,

such as ovarian, liver or pancreatic cancer,

таких как рак яичников, печени или поджелудочной железы,

good screening methods simply don't exist,

хороших методов скрининга просто не существует,

meaning that often people wait until physical symptoms surface,

то есть часто люди ждут, пока не проявятся физические симптомы,

which are themselves already indicators of late-stage progression.

которые служат показателями уже поздних стадий заболевания.

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

Это как ураган в местности, где нет системы раннего предупреждения:

there is no alarm to warn,

отсутствует предостерегающий сигнал

for the danger is already at your doorstep

об опасности, которая уже у вашего крыльца,

when your odds of survival are greatly reduced.

и ваши шансы на выживание сильно понижены.

Having the convenience and accessibility of regular screening options

Если бы у нас были удобные методы для регулярного скрининга —

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

недорогие, неинвазивные и дающие результаты намного быстрее —

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

то мы получили бы грозное оружие для борьбы с раком.

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

А ранее оповещение об опасности позволило бы опережать болезнь,

instead of merely following in its relentless wake.

а не просто следовать за её неумолимым развитием.

And this is exactly what I've been doing.

Именно этим я и занимаюсь.

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

В течение последних 3 лет я разрабатываю технологии,

that could ultimately aid clinicians

которые смогут помочь врачам

with rapid, early-stage cancer diagnostics.

проводить быструю диагностику рака на ранних этапах.

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

Мною движет глубокая научная любознательность

and a passion to change these statistics.

и страстное желание изменить эту статистику.

Last year however,

Однако в последний год

this fight became much more personal

борьба стала намного более личной,

when my wife was diagnosed with breast cancer.

когда у моей жены диагностировали рак груди.

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

Этот опыт добавил сильную и неожиданную эмоциональную окраску

to these efforts.

моим попыткам.

I know firsthand how life-altering treatment can be,

Я по своему опыту знаю, насколько лечение может изменить образ жизни,

and I'm keenly aware of the emotional havoc

и я знаком с эмоциональным опустошением,

that cancer can wreak on a family,

которое рак может вызвать в семье

which in our case included our two young daughters.

и которое в нашем случае затронуло наших двух дочерей.

Because we found it early during a routine mammogram,

Поскольку мы обнаружили болезнь рано, с помощью рядовой маммограммы,

we were able to focus primarily on treatment options

то смогли сфокусироваться на вариантах лечения

for the localized tumor,

локализованной опухоли,

reaffirming to me how important an early diagnosis is.

что ещё больше убедило меня в важности ранней диагностики.

Unlike other forms of cancer,

В отличие от других форм рака,

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

рак груди действительно можно выявлять рано с помощью маммограммы.

Still, not everyone has this done,

Но не всем её делают,

or they may develop breast cancer

или рак груди может развиться

before the middle age recommendation for having a mammogram.

до того возраста, когда рекомендуется делать маммограмму.

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

Так что возможностей для улучшений достаточно,

even for cancers that do have screening options,

даже если для рака есть методы скрининга,

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

и, конечно же, если для рака таких методов нет.

A key challenge then for cancer researchers

Основная задача для исследователей рака —

is to develop methods

разработать методы,

that make regular screening for many types of cancers

которые сделают регулярный скрининг на множество типов рака

much more accessible.

намного более доступным.

Imagine a scenario where during your regular checkup,

Представьте, что во время регулярной проверки

your doctor can take a simple, noninvasive urine sample,

врач сможет взять образец, не требующий проникновения в организм, —

or other liquid biopsy,

образец мочи или биоптат другой жидкости —

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

и выдать вам результаты ещё до того как вы покинете его кабинет.

Such a technology could dramatically reduce the number of people

Такая технология могла бы резко сократить количество людей,

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

у которых рак не был выявлен на ранних стадиях.

My research team of engineers and biochemists

Моя исследовательская команда инженеров и биохимиков

is working on exactly this challenge.

работает именно над этой задачей.

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

Мы работаем над методами повышения частоты раннего предупреждения об опасности рака

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

с помощью проведения регулярных скринингов с момента, когда человек ещё здоров,

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

чтобы можно было принять меры для остановки рака в момент его возникновения,

and before it can progress beyond its infancy.

до того как опухоль начнёт прогрессировать.

The silver bullet in this case are tiny vesicles,

Наши «серебряные пули» — это крошечные частицы,

little escape pods regularly shed by cells called exosomes.

маленькие спасательные капсулы, постоянно выделяемые клеткой, — экзосомы.

Exosomes are important biomarkers

Экзосомы — важные биомаркеры,

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

обеспечивающие систему раннего предупреждения о развитии рака.

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

И поскольку их очень много практически в любой жидкости организма,

including blood, urine and saliva,

в том числе в крови, моче и слюне,

they're extremely attractive for noninvasive liquid biopsies.

они весьма привлекательные объекты для неинвазивной биопсии жидкостей.

There's just one problem.

Есть только одна проблема.

An automated system for rapidly sorting these important biomarkers

Автоматизированной системы для быстрой сортировки этих важных биомаркеров

is not currently available.

в настоящее время нет.

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

Мы создали технологию, которую называем nano-DLD

that is capable of precisely this:

и которая может делать следующее:

automated exosome isolation

автоматизированное выделение экзосом

to aid rapid cancer diagnostics.

для быстрой диагностики рака.

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

Экзосомы — новейшее оружие раннего предупреждения, если хотите,

которое появится на переднем крае биопсии жидкостей.

to emerge on the liquid biopsy front.

And they're really, really small.

И они очень-очень маленькие.

They measure just 30 to 150 nanometers in diameter.

Их диаметр всего 30–150 нанометров.

This is so tiny

Это так мало,

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

что в один эритроцит может поместиться примерно миллион экзосом.

That's roughly the difference between a golf ball

Это разница примерно как между мячиком для гольфа

and a fine grain piece of sand.

и маленькой песчинкой.

Once thought to be little bins for unwanted cellular waste,

Хотя считалось, что они представляют собой мини-ведёрки для отходов клетки,

it has been found that cells actually communicate

было обнаружено, что клетки активно общаются,

by producing and absorbing these exosomes

выделяя и поглощая эти экзосомы,

which contain surface receptors,

которые содержат поверхностные рецепторы,

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

белки и другой генетический материал той клетки, в которой образовались.

When absorbed by a neighboring cell,

После поглощения соседней клеткой

exosomes release their contents into the receiving cell,

экзосомы высвобождают своё содержимое в принимающую клетку

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

и могут дать начало фундаментальным изменениям экспрессии генов —

some good,

иногда хорошим,

and this is where cancer comes in,

и вот здесь, где возникает рак,

some bad.

плохим.

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

Поскольку они окружены мембраной материнской клетки

and contain a sample of its environment,

и содержат частицу её содержимого,

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

они дают генетический «снимок», отражающий здоровье и происхождение той клетки.

All of these qualities make exosomes invaluable messengers

Все эти качества делают экзосомы бесценными источниками информации,

that potentially allow physicians

которые, возможно, позволят врачам

to eavesdrop on your health at the cellular level.

изучить ваше здоровье на клеточном уровне.

To catch cancer early, however,

Однако, чтобы рано обнаружить рак,

you have to frequently intercept these messages

вы должны часто улавливать эту информацию,

to determine when cancer-causing troublemakers within your body

чтобы определить, когда вызывающие рак смутьяны в вашем организме

решат начать «государственный переворот»,

decide to start staging a coup,

which is why regular screening is so critical

именно поэтому так важен регулярный скрининг,

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

и поэтому мы разрабатываем технологии, которые позволят его проводить.

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

Хотя первые методы диагностики на основе экзосом появились на рынке в этом году,

they are not yet part of mainstream healthcare options.

они ещё мало распространены в здравоохранении.

In addition to their recent emergence,

Помимо того, что они только появились,

another factor that's limiting their widespread adoption

их широкому распространению мешает ещё один фактор:

is that currently, no automated exosome isolation system exists

в настоящее время не существует системы автоматизированного выделения экзосом,

to make regular screening economically accessible.

которая сделала бы регулярный скрининг экономически доступным.

The current gold standard for exosome isolation

Сегодняшний «золотой стандарт» для выделения экзосом

includes ultracentrifugation,

включает ультрацентрифугирование,

a process requiring expensive laboratory equipment,

процесс, требующий дорогого лабораторного оборудования,

a trained lab tech

обученных лаборатнов

and about 30 hours of time to process a sample.

и примерно 30 часов для обработки образца.

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

Мы прибегли к другому подходу для автоматизации выделения экзосом

from a sample such as urine.

из таких образцов, как моча.

We use a chip-based, continuous flow separation technique

Мы используем основанную на чипах методику непрерывного разделения в потоке,

called deterministic lateral displacement.

названную методикой детерминированного бокового смещения.

And we have done with it

Нам удалось сделать с ней то,

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

что индустрия полупроводников успешно делала в течение последних 50 лет.

We shrunk the dimensions of this technology

Мы уменьшили масштаб этой технологии

from the micron scale to the true nanoscale.

с микронного до истинного нанометрового.

So how does it work?

Итак, как же она работает?

In a nutshell,

Вкратце,

a set of tiny pillars separated by nanoscopic gaps

множество крошечных столбиков, разделённых нанометровыми промежутками,

are arranged in such a way

расположены таким образом,

that the system divides the fluid into streamlines,

что система делит жидкость на потоки,

with the larger cancer-related nanoparticles being separated

при этом более крупные, связанные с раком, наночастицы отделяются

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

в результате перенаправления их в сторону от более мелких, «более здоровых»,

which can in contrast

которые, в отличие от крупных частиц,

move around the pillars in a zigzag-type motion

огибают столбики и двигаются зигзагообразно

in the direction of fluid flow.

в направлении потока жидкости.

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

В итоге происходит полное разделение частиц двух этих типов.

You can visualize this separation process

Этот процесс разделения можно представить себе

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

как движение по шоссе, которое разделяется на две дороги,

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

при этом одна дорога уходит в горный тоннель с малым запасом высоты,

and the other road going around it.

а другая идёт в обход горы.

Here, smaller cars can go through the tunnel

Здесь маленькие машины могут проходить через тоннель,

while larger trucks, carrying potentially hazardous material,

а большие грузовики, возможно, везущие опасные материалы,

are forced to take the detour route.

вынуждены ехать по обходной дороге.

Traffic is effectively separated by size and contents

Поток машин эффективно разделяется по размеру и содержимому груза

without impeding its flow.

без создания препятствий для этого потока.

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

И именно так работает наша система в гораздо меньших масштабах.

The idea here is that the separation process for screening

Идея состоит в том, чтобы процесс разделения для скрининга

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

был столь же прост, как обработка образца мочи, крови или слюны,

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

и этого реально достичь в течение следующих нескольких лет.

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

В конечном счёте это можно применять для выделения и обнаружения целевых экзосом,

associated with a particular type of cancer,

связанных с определённым типом рака,

sensing and reporting their presence within minutes.

обнаруживая их и сообщая о них в течение нескольких минут.

This would make rapid diagnostics virtually painless.

Это сделает быструю диагностику фактически безболезненной.

Broadly speaking,

В широком смысле

the ability to separate and enrich biomarkers

способность разделять и концентрировать биомаркеры

with nanoscale precision in an automated way,

с наномасштабной точностью и в автоматическом режиме

opens the door to better understanding diseases such as cancer,

открывает возможности для лучшего понимания таких болезней, как рак,

with applications ranging from sample preparation to diagnostics,

а применение может быть в диапазоне от подготовки образцов до диагностики

and from drug resistance monitoring to therapeutics.

и от контроля устойчивости к препаратам до терапии.

Even before my wife's bout with cancer,

Ещё до того как моя жена заболела раком,

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

я мечтал облегчить автоматизацию этого процесса,

to make regular screening more accessible,

чтобы сделать регулярный скрининг доступнее,

similar to the way Henry Ford made the automobile accessible

так же как Генри Форд сделал автомобиль доступным

to the general population

широким слоям общества,

through development of the assembly line.

изобретя конвейерную сборку.

Automation is the key to accessibility.

Автоматизация — ключ к доступности.

And in the spirit of the Hoover dream,

По аналогии с мечтой президента Гувера

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

«цыпленка в каждую кастрюлю и автомобиль в каждый гараж»,

we're developing a technology

мы разрабатываем технологию,

that could ultimately place an early-warning cancer detection system

которая могла бы в конечном счёте снабдить системой раннего обнаружения рака

in every home.

каждый дом.

This would allow every man, woman and child

Это дало бы каждому мужчине, женщине и ребёнку

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

возможность регулярно проводить проверку, пока они ещё здоровы,

catching cancer when it first emerges.

и обнаруживать рак, когда он только-только появился.

It is my hope and dream

На это я надеюсь и об этом мечтаю,

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

чтобы помочь людям во всём мире избежать высоких затрат —

physical, financial and emotional --

физических, финансовых и эмоциональных —

faced by today's cancer patients,

с которыми сталкиваются раковые больные сегодня,

hardships that I'm well acquainted with.

тех трудностей, с которыми я хорошо знаком сам.

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

Я также рад сообщить, что поскольку у моей жены рак обнаружили на раннем этапе,

her treatment was successful,

её лечение было успешным,

and she is now, thankfully, cancer-free.

и сейчас, слава богу, у неё нет рака.

(Applause)

(Аплодисменты)

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

Это тот исход, которого я желал бы всем, у кого диагностирован рак.

With the work that my team has already done

С учётом той работы, которую моя команда уже провела

on separation of nanoscale biomarkers

в области разделения биомаркеров в наномасштабах

for rapid, early-stage cancer diagnostics,

для быстрой ранней диагностики рака,

I am optimistic that within the next decade,

я оптимистично полагаю, что в течение десяти лет

this type of technology will be available,

технология такого типа станет доступной,

helping protect our friends, our family and future generations.

помогая защитить наших друзей, наши семьи и будущие поколения.

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

Даже если нам не повезло и у нас обнаружили рак,

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

раннее оповещение даст надежду на выздоровление.

Thank you.

Спасибо!

(Applause)

(Аплодисменты)