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

Переводчик: Oksana Vakulina Редактор: Yulia Kallistratova

In the space that used to house one transistor,

В пространство, которое раньше занимал один транзистор,

we can now fit one billion.

теперь можно поместить миллиард.

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

Благодаря этому компьютер, раньше занимавший целую комнату,

now fits in your pocket.

теперь помещается в карман.

You might say the future is small.

Можно сказать, что будущее миниатюрно.

As an engineer,

Как инженера

I'm inspired by this miniaturization revolution in computers.

меня вдохновляет эта революция миниатюризации в компьютерах.

As a physician,

Как врачу

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

мне интересно, как это можно использовать для сокращения смертности

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

от одной из самых быстро распространяющихся болезней на Земле —

cancer.

рака.

Now when I say that,

Когда я так говорю,

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

большинство людей думает, что мы работаем над излечением рака.

And we are.

Так оно и есть.

But it turns out

Но оказывается,

that there's an incredible opportunity to save lives

есть невероятная возможность спасать жизни,

through the early detection and prevention of cancer.

используя раннюю диагностику и профилактику рака.

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

Две трети смертей от рака можно предотвратить,

using methods that we already have in hand today.

используя методы, которые у нас уже есть.

Things like vaccination, timely screening

Например, вакцинация, своевременные обследования

and of course, stopping smoking.

и, конечно, отказ от курения.

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

Но даже лучшие современные инструменты и технологии

some tumors can't be detected

не позволяют обнаружить некоторые опухоли

until 10 years after they've started growing,

раньше, чем через 10 лет после того, как они начали развиваться,

when they are 50 million cancer cells strong.

когда их размах уже достигает 50 миллионов раковых клеток.

Но что, если бы у нас были лучшие технологии,

What if we had better technologies

to detect some of these more deadly cancers sooner,

чтобы определить эти наиболее смертельно опасные виды рака раньше,

when they could be removed,

когда опухоль ещё можно удалить,

when they were just getting started?

когда болезнь только начинается?

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

Позвольте рассказать, как миниатюризация может помочь нам в этом.

This is a microscope in a typical lab

Такой микроскоп в обычной лаборатории

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

использует патоморфолог, чтобы исследовать образец ткани,

like a biopsy or a pap smear.

например, биопсию или мазок из шейки матки.

This $7,000 microscope

С таким микроскопом за 7 000 долларов

может обращаться только подготовленный специалист, годами практиковавшийся

would be used by somebody with years of specialized training

to spot cancer cells.

в выявлении раковых клеток.

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

Это фотография моей коллеги из Университета Райса

Rebecca Richards-Kortum.

Ребекки Ричардс-Кортум.

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

Она и её команда уменьшили целый микроскоп

into this $10 part,

до одной детали размером в 10 долларов,

and it fits on the end of an optical fiber.

которая помещается на конце оптоволоконного кабеля.

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

Это значит, вместо того, чтобы брать образец у пациента

and sending it to the microscope,

и отправлять на анализ под микроскопом,

you can bring the microscope to the patient.

вы можете принести микроскоп к пациенту.

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

И вместо того, чтобы специалист изучал изображение,

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

вы можете запрограммировать компьютер отмечать здоровые и раковые клетки.

Now this is important,

Это особенно важно,

because what they found working in rural communities,

учитывая то, как это сейчас происходит в сельских местностях.

is that even when they have a mobile screening van

Даже если у них имеется мобильный диагностический пункт,

that can go out into the community and perform exams

они разъезжают по деревням, проводят там обследования,

and collect samples

собирают образцы

and send them to the central hospital for analysis,

и отправляют на анализ в центральную больницу.

that days later,

Через несколько дней

women get a call with an abnormal test result

женщинам звонят, сообщают об отклонениях в анализах

and they're asked to come in.

и приглашают на приём.

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

Половина из них не является, потому что они не могут позволить себе поездку.

With the integrated microscope and computer analysis,

Со встроенным микроскопом и компьютерном анализом

Rebecca and her colleagues have been able to create a van

Ребекка и её коллеги могут создать мобильный пункт,

that has both a diagnostic setup and a treatment setup.

оснащённый и диагностическим, и лечебным оборудованием.

And what that means is that they can do a diagnosis

Это значит, что они могут провести диагностику

and perform therapy on the spot,

и лечение незамедлительно,

so no one is lost to follow up.

так что ни один пациент не выпадет из наблюдения.

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

Это всего один пример того, как уменьшение размеров может спасать жизни.

Now as engineers,

Как инженеры

we think of this as straight-up miniaturization.

мы подразумеваем уменьшение в буквальном смысле:

You took a big thing and you made it little.

берёте что-то большое и уменьшаете его в размерах.

But what I told you before about computers

Но, как я уже говорила, компьютеры

was that they transformed our lives

изменили нашу жизнь после того,

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

как стали достаточно маленькими, чтобы можно было взять их с собой.

So what is the transformational equivalent like that in medicine?

Что могло бы стать эквивалентом таких перемен в медицине?

Well, what if you had a detector

Что, если бы у нас был прибор,

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

крошечный настолько, что он перемещался бы у вас внутри,

find the tumor all by itself

самостоятельно находил опухоли

and send a signal to the outside world?

и посылал сигналы во внешний мир?

It sounds a little bit like science fiction.

Это похоже на научную фантастику.

But actually, nanotechnology allows us to do just that.

Но на самом деле нанотехнологии позволяют нам делать именно это.

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

Нанотехнологии позволяют уменьшить элементы, из которых состоит прибор,

from the width of a human hair,

от толщины волоса —

which is 100 microns,

это 100 микрон —

to a thousand times smaller,

до размера в тысячи раз меньше,

which is 100 nanometers.

то есть 100 нанометров.

And that has profound implications.

Это имеет глубокие последствия.

It turns out that materials actually change their properties

Оказывается, материалы действительно меняют свои свойства

at the nanoscale.

в наномасштабе.

You take a common material like gold,

Вы берёте обычный материал вроде золота,

and you grind it into dust, into gold nanoparticles,

измельчаете его в пыль до золотых наночастиц

and it changes from looking gold to looking red.

и он меняет цвет с золотого на красный.

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

Если вы возьмёте более экзотичный материал, такой как селенид кадмия

forms a big, black crystal --

в больших чёрных кристаллах,

if you make nanocrystals out of this material

сделаете из него нанокристаллы

and you put it in a liquid,

и поместите в жидкий раствор

and you shine light on it,

под солнечные лучи,

they glow.

то они засверкают.

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

Они сияют синим, зелёным, жёлтым, оранжевым и красным

depending only on their size.

в зависимости от размера.

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

Полный восторг! Вы можете представить себе нечто подобное в макромире?

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

Это как если бы все джинсы в вашем шкафу, сделанные из хлопка,

but they are different colors depending only on their size.

были разного цвета в зависимости от размера.

(Laughter)

(Смех)

So as a physician,

Как врача

what's just as interesting to me

меня интересует

is that it's not just the color of materials

не только то, что в наномасштабе

that changes at the nanoscale;

изменяется цвет материалов,

the way they travel in your body also changes.

но и то, что меняются пути их перемещения по телу.

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

Это наблюдение мы и собираемся использовать

to make a better cancer detector.

при создании лучшего детектора рака.

So let me show you what I mean.

Позвольте показать, что я имею в виду.

This is a blood vessel in the body.

Это кровеносный сосуд в теле.

Surrounding the blood vessel is a tumor.

Вокруг него — опухоль.

We're going to inject nanoparticles into the blood vessel

Мы внедрим наночастицы в кровеносный сосуд

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

и посмотрим, как они перемещаются из кровотока в опухоль.

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

Кровеносные сосуды многих опухолей негерметичны,

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

и наночастицы могут проникнуть в опухоль из кровотока.

Whether they leak out depends on their size.

Произойдёт ли это, зависит от размера частиц.

So in this image,

На этом изображении

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

меньшие частицы голубого цвета размером 100 нанометров проникают внутрь,

and the larger, 500-nanometer, red nanoparticles

а более крупные — красные частицы размером 500 нанометров —

are stuck in the bloodstream.

застревают в кровотоке.

So that means as an engineer,

Таким образом как инженер

depending on how big or small I make a material,

путём увеличения или уменьшения размеров частиц материала

I can change where it goes in your body.

я смогу повлиять на то, куда он попадёт в вашем теле.

In my lab, we recently made a cancer nanodetector

Недавно в моей лаборатории мы создали нанодетектор рака,

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

настолько крошечный, что он может перемещаться по телу и искать опухоли.

We designed it to listen for tumor invasion:

Мы настроили его прислушиваться ко вторжению опухоли —

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

к оркестру химических сигналов, которые опухоль посылает, чтобы разрастаться.

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

Опухоль зарождается в плотной оболочке

it has to make chemicals called enzymes

и вынуждена производить специальные ферменты,

to chew through the scaffolding of tissues.

чтобы выбраться из этой плотной ткани.

We designed these nanoparticles to be activated by these enzymes.

Наши нанодетекторы активируются этими ферментами.

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

Один фермент может запускать тысячу химических реакций в час.

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

В инженерии мы называем такую пропорцию 1:1000

a form of amplification,

формой амплификации,

and it makes something ultrasensitive.

и она создаёт нечто сверхчувствительное.

So we've made an ultrasensitive cancer detector.

Поэтому и мы создали сверхчувствительный детектор рака.

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

Но как доставить этот сигнал во внешний мир,

where I can act on it?

где я смогу отреагировать на него?

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

Для этого мы ещё раз воспользуемся нанотехнологиями в биологии

and that has to do with the kidney.

и применим их к работе почек.

The kidney is a filter.

Почка — это фильтр.

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

Её работа — фильтровать кровь и отправлять отходы в мочу.

It turns out that what the kidney filters

И что именно почка фильтрует, оказывается,

is also dependent on size.

тоже зависит от размера.

So in this image, what you can see

На этом изображении вы видите,

is that everything smaller than five nanometers

как всё, что меньше пяти нанометров,

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

через почки из крови попадает в мочу,

and everything else that's bigger is retained.

а всё, что крупнее, — остаётся.

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

То есть если я сделаю детектор рака размером 100 нанометров,

I inject it in the bloodstream,

внедрю в кровеносную систему,

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

где он проникнет в опухоль и будет активирован специфическими ферментами,

to release a small signal

чтобы отправить сигнал

that is small enough to be filtered out of the kidney

маленький настолько, чтобы почки его отфильтровали

and put into the urine,

и он оказался в моче,

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

то я смогу доставить этот сигнал во внешний мир, где его можно определить.

OK, but there's one more problem.

Но есть ещё одна проблема.

This is a tiny little signal,

Если этот сигнал такой крошечный,

so how do I detect it?

как мне его расшифровать?

Well, the signal is just a molecule.

Сигнал — это всего лишь молекула.

They're molecules that we designed as engineers.

Это молекулы, которые мы сами создали.

They're completely synthetic, and we can design them

Они полностью искусственные, и мы можем создавать их так,

so they are compatible with our tool of choice.

чтобы они подходили под выбранное нами оборудование.

If we want to use a really sensitive, fancy instrument

Если мы хотим использовать такой чувствительный и сложный инструмент,

called a mass spectrometer,

как масс-спектрометр,

then we make a molecule with a unique mass.

то мы создадим молекулу с уникальной массой.

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

Если мы захотим использовать что-то более недорогое и мобильное,

Then we make molecules that we can trap on paper,

то мы создадим молекулы, которые можно уловить на бумаге,

like a pregnancy test.

как тест на беременность.

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

Уже существует целый мир бумажных тестов,

that are becoming available in a field called paper diagnostics.

которые доступны в отрасли так называемой «бумажной диагностики».

Alright, where are we going with this?

Куда нас всё это приведёт?

What I'm going to tell you next,

То, что я вам сейчас расскажу,

as a lifelong researcher,

для меня как исследователя

represents a dream of mine.

является сáмой большой мечтой.

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

Я не могу сказать, что это обещание, —

it's a dream.

это мечта.

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

Но мне кажется, у всех должны быть мечты, заставляющие двигаться вперёд,

even -- and maybe especially -- cancer researchers.

даже — а, может, и особенно — у исследователей рака.

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

Я расскажу вам о том, что, надеюсь, однажды произойдёт с технологией,

that my team and I will put our hearts and souls

в которую я и моя команда вложили всю душу,

into making a reality.

чтобы сделать её реальностью.

OK, here goes.

Итак,

I dream that one day,

я мечтаю, что однажды,

instead of going into an expensive screening facility

вместо того, чтобы ехать в дорогостоящий диагностический центр

to get a colonoscopy,

и пройти колоноскопию,

or a mammogram,

сделать маммографию

or a pap smear,

или сдать мазок,

that you could get a shot,

вы сможете сделать укол,

wait an hour,

подождать час

and do a urine test on a paper strip.

и сделать тест мочи на бумажной полоске.

I imagine that this could even happen

Я представляю себе, что для этого

without the need for steady electricity,

даже не понадобится электричество

or a medical professional in the room.

или медицинский специалист в комнате.

Maybe they could be far away

Может, он будет где-то далеко,

and connected only by the image on a smartphone.

на связи лишь через экран смартфона.

Now I know this sounds like a dream,

Я знаю, что это звучит, как мечта,

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

но в лаборатории мы уже проверили это на мышах

where it works better than existing methods

и получили результат лучше, чем все существующие методы

for the detection of lung, colon and ovarian cancer.

диагностики рака лёгких, кишечника и яичников.

And I hope that what this means

Я надеюсь, это значит,

is that one day we can detect tumors in patients

что однажды мы сможем диагностировать опухоли у пациентов

sooner than 10 years after they've started growing,

раньше, чем через 10 лет после того, как те начали расти,

in all walks of life,

у любых слоёв населения

all around the globe,

по всему миру.

and that this would lead to earlier treatments,

Это приведёт к более раннему лечению,

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

и с ранней диагностикой мы сможем спасти больше жизней,

with early detection.

чем сегодня.

Thank you.

Спасибо.

(Applause)

(Аплодисменты)