In de ruimte waar vroeger één transistor paste,
kunnen we er nu een miljard kwijt.
Dit heeft ervoor gezorgd dat een computer ter grootte van een hele kamer
nu in je zak past.
Je kan zeggen dat de toekomst klein is.
Als ingenieur
ben ik geïnspireerd door deze revolutie van miniaturisering in computers.
Als arts
vraag ik me af of we dit kunnen gebruiken om het aantal sterfgevallen te beperken
ten gevolge van een van de meest snelgroeiende ziektes op aarde:
kanker.
Als ik dat zeg,
is wat de meeste mensen horen dat ik werk aan het genezen van kanker.
En dat doen we ook.
Maar wat blijkt,
is dat we een geweldige kans hebben om levens te redden
door vroege detectie en het voorkomen van kanker.
Wereldwijd zijn tweederde van de sterfgevallen als gevolg van kanker
te voorkomen met bestaande middelen.
Dingen zoals vaccinaties, tijdige controle
en natuurlijk stoppen met roken.
Maar zelfs met de beste middelen en technologieën die we nu hebben,
kunnen sommige tumoren niet gevonden worden
totdat ze al 10 jaar oud zijn
en 50 miljoen cellen sterk.
Als we nu eens betere technieken hadden
om sommige van de dodelijkste kankers eerder te ontdekken,
als ze verwijderd zouden kunnen worden als ze pas net beginnen te groeien?
Laat me je vertellen hoe miniaturisering ons zou kunnen helpen.
Dit is een microscoop in een typisch lab
die een patholoog zou gebruiken om naar een weefselmonster te kijken,
zoals een biopsie of een uitstrijkje.
Deze microscoop van 7.000 dollar
wordt gebruikt door iemand met jaren gespecialiseerde training
om kankercellen te herkennen.
Dit is een afbeelding van mijn collega aan Rice University,
Rebecca Richards-Kortum.
Wat zij en haar team hebben gedaan, is die hele microscoop miniaturizeren
tot dit onderdeel van 10 dollar,
wat op het eind van een glasvezel past.
Wat dit betekent is dat in plaats van een monster van een patiënt te nemen
en naar de microscoop te sturen,
je de microscoop naar de patiënt kan brengen.
En dan, in plaats van een specialist naar de foto's te laten kijken,
kan je de computer trainen om normale cellen en kankercellen te vergelijken.
Dit is belangrijk,
omdat in landelijke gemeenschappen,
zelfs als mobiele screening beschikbaar is
om in de gemeenschap ter plaatse onderzoeken te doen
en monsters te nemen
en ze naar het centrale ziekenhuis te sturen voor analyse,
dat wanneer dagen later
vrouwen worden gebeld over een abnormaal resultaat
en worden uitgenodigd om langs te komen,
de helft van hen niet komt opdagen, omdat ze de reis niet kunnen betalen.
Met de geïntegreerde microscoop en computeranalyse
hebben Rebecca en haar collega's een busje kunnen maken
dat de diagnostische technologie en de behandelingsmaterialen heeft.
Dat betekent dat ze de diagnose
en de therapie ter plekke kunnen doen,
zodat niemand in het proces verloren gaat.
Dit is slechts één voorbeeld van hoe miniaturisering levens kan redden.
Als ingenieurs
zien we dit simpelweg als miniaturisering.
Je had iets groots en hebt het klein gemaakt.
Maar wat ik je net vertelde over computers,
was dat ze onze levens hebben veranderd
toen ze klein genoeg werden om ze overal mee naartoe te nemen.
Dus wat is de transformatieve equivalent hiervan in de geneeskunde?
Als je nu eens een detector had
die klein genoeg was om door je lichaam te bewegen,
die de tumor helemaal zelf kon vinden
en een signaal kon geven aan de buitenwereld?
Het klinkt een beetje als science fiction.
Maar in werkelijkheid laat nanotechnologie ons precies dat doen.
Nanotechnologie geeft ons de mogelijkheid onderdelen van de detector te doen krimpen
van de breedte van een mensenhaar,
100 micron,
tot duizend keer kleiner,
100 nanometer.
En dat heeft ingrijpende gevolgen.
Het blijkt dat materialen hun eigenschappen veranderen
op een nanoschaal.
Je neemt een gewoon materiaal zoals goud
en maalt het tot poeder, tot gouden nanodeeltjes,
en het verandert in kleur van goud naar rood.
Als je een exotischer materiaal neemt, zoals cadmium selenide --
vormt een grote, zwarte kristal --
als je van dit materiaal nanokristallen maakt,
en je stopt ze in een vloeistof
en je schijnt er licht op,
dan gloeien ze.
Ze gloeien blauw, groen, geel, oranje, rood,
alleen afhankelijk van hun maat.
Het is geweldig! Kan je je zo'n voorwerp voorstellen in de macrowereld?
Stel je voor dat alle jeans in je kast van katoen zijn gemaakt,
maar verschillende kleuren hebben afhankelijk van hun maat.
(Gelach)
Dus wat ik als arts
net zo interessant vind,
is dat het niet alleen de kleur van het materiaal is
die verandert op de nanoschaal;
de manier waarop ze door je lichaam bewegen verandert ook.
Het is dit soort observaties die we gaan gebruiken
om een betere kankerdetector te maken.
Ik zal laten zien wat ik bedoel.
Dit is een bloedvat in het lichaam.
Rondom het bloedvat zit een tumor.
We gaan nanodeeltjes injecteren in het bloedvat
en kijken hoe ze bewegen van de bloedbaan naar de tumor.
Nu blijkt dat de bloedvaten van veel tumoren lekken
en dus kunnen veel nanodeeltjes van de bloedbaan de tumor in lekken.
Of ze het bloedvat uitlekken is afhankelijk van hun maat.
Dus in dit plaatje
lekken de kleinere, honderd-nanomenter, blauwe deeltjes eruit
en de grotere, 500-nanometer, rode nanodeeltjes
zitten vast in de bloedbaan.
Dat betekent dat ik als ingenieur,
afhankelijk van hoe groot of klein ik een materiaal maak,
kan veranderen waar het in je lichaam naartoe gaat.
In mijn lab hebben we onlangs een nanodetector voor kanker gemaakt
die zo klein is dat hij door het lichaam kan reizen en naar tumoren kan zoeken.
We hebben hem ontworpen om naar tumorinvasie te zoeken:
de verzameling van chemische signalen die tumoren moeten maken om uit te zaaien.
Om uit het oorspronkelijke weefsel los te breken
moet een tumor chemicaliën produceren, genaamd enzymen,
om door de matrix van het weefsel te knagen.
We hebben deze nanodeeltjes zó ontworpen dat ze door de enzymen geactiveerd worden.
Één enzym kan duizend van deze chemische reacties per uur in gang zetten.
Wij ingenieurs noemen die één-op-duizend verhouding
een vorm van versterking
en het maakt iets ultragevoelig.
Dus we hebben een ultra-gevoelige kankerdetector.
OK, maar hoe krijgen we dit geactiveerde signaal de buitenwereld in,
waar we er wat mee kunnen doen?
Hiervoor gebruiken we opnieuw biologie op nanoschaal
en nu heeft het te maken met de nieren.
Een nier is een filter.
Haar taak is het bloed te filteren en afval in urine te stoppen.
Het blijkt dat wat de nieren filteren
ook van maat afhangt.
Dus wat je op dit plaatje ziet,
is dat alles dat kleiner is dan vijf nanometer
van het bloed, door de nieren, de urine in gaat
en al het andere, dat groter is, blijft zitten.
OK, dus als ik een 100-nanometer kankerdetector maak,
hem in de bloedbaan injecteer,
kan hij de tumor in lekken, waar hij wordt geactiveerd door tumorenzymen
en een klein signaal afgeeft
dat klein genoeg is om de nieren uit gefilterd te worden
en in de urine terecht te komen,
dan heb ik een signaal in de buitenwereld dat ik kan waarnemen.
OK, maar er is nog één probleem.
Dit is een heel klein signaal,
dus hoe neem ik het waar?
Nou, het signaal is gewoon een molecuul.
Het zijn moleculen die we als ingenieurs hebben ontworpen.
Ze zijn helemaal synthetisch en we kunnen ze zó ontwerpen
dat ze passen bij een techniek naar keuze.
Als we een heel gevoelig, chique instrument willen gebruiken,
genaamd een massaspectrometer,
kunnen we een molecuul maken met een unieke massa.
Of misschien willen we iets maken dat betaalbaarder en draagbaar is.
Dan maken we moleculen die we op papier kunnen vangen,
zoals een zwangerschapstest.
Er bestaat een hele wereld aan papieren tests
die beschikbaar worden in een veld dat papierdiagnostiek heet.
Goed, waar leidt dit toe?
Wat ik je nu ga vertellen,
als levenslange onderzoeker,
vertegenwoordigt een droom van mij.
Ik kan het geen belofte noemen;
het is een droom.
Maar ik denk dat we allemaal dromen moeten hebben om ons voort te drijven,
zelfs -- en misschien vooral -- kankeronderzoekers.
Ik zal je vertellen wat ik hoop dat zal gebeuren met mijn technologie,
waar mijn team en ik ons hart en ziel in zullen steken
om het te realiseren.
OK, daar gaan we.
Ik droom dat op een dag,
in plaats van dure scans te moeten laten maken,
zoals een colonoscopie,
of een mammogram,
of een uitstrijkje,
dat je een spuitje kan krijgen
en na een uur wachten
een urinetest kan doen op een papieren strookje.
Ik stel me voor dat dit zelfs zou kunnen
zonder stabiele elektriciteitsvoorziening
of aanwezigheid van een medische professional.
Misschien zouden ze ver weg zijn
en alleen verbonden middels het beeld op een smartphone.
Ik weet dat dit klinkt als een droom,
maar in het lab werkt dit al bij muizen,
en het werkt daar beter dan bestaande methodes
voor het detecteren van long-, darm- en eierstokkanker.
Ik hoop dat dit betekent
dat we op een dag bij patiënten tumoren kunnen ontdekken
eerder dan 10 jaar nadat ze beginnen te groeien,
in alle levensstijlen,
overal op de wereld,
en dat dit leidt tot eerdere behandelingen
en dat we meer levens kunnen redden dan we nu kunnen,
door vroege detectie.
Dankjewel.
(Applaus)