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Neue Nanotechnologie zur Krebsfrüherkennung

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    „Sie haben Krebs.“
  • 0:09 - 0:13
    Traurigerweise werden ca. 40 % von uns
    diese drei Worte in ihrem Leben hören
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    und die Hälfte wird nicht überleben.
  • 0:17 - 0:21
    Das heißt, dass zwei von fünf
    unserer engsten Freunde und Verwandten
  • 0:21 - 0:23
    mit einer Krebsart diagnostiziert werden
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    und einer sterben wird.
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    Neben körperlichen Beschwerden
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    wird sich ca. ein Drittel
    der Krebsüberlebenden in den USA
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    für die Behandlung verschulden.
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    Außerdem ist es 2,5 Mal wahrscheinlicher,
    dass sie Insolvenz anmelden
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    im Vergleich zu denen ohne Krebs.
  • 0:40 - 0:42
    Diese Krankheit ist tiefgreifend.
  • 0:42 - 0:44
    Sie ist emotional zehrend
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    und für viele finanziell zerstörend.
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    Jedoch muss eine Krebsdiagnose
    kein Todesurteil sein.
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    Eine frühzeitige Krebsdiagnose,
  • 0:54 - 0:55
    zeitnah nach Entstehung,
  • 0:55 - 0:59
    ist einer der kritischen Faktoren,
    um die Behandlungschancen zu verbessern,
  • 0:59 - 1:01
    den seelischen Einfluss zu verringern
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    und finanzielle Lasten zu minimieren.
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    Am wichtigsten dabei ist,
  • 1:05 - 1:06
    dass Krebsfrüherkennung --
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    was eines der grundlegenden Ziele
    meiner Forschung ist --
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    die Überlebenschancen erhöht.
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    Wenn wir Brustkrebs als Beispiel nehmen,
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    sehen wir, dass die, die im Stadium 1
    diagnostiziert und behandelt werden,
  • 1:18 - 1:23
    eine Wahrscheinlichkeit von 100 % haben,
    die nächsten 5 Jahre zu überleben --
  • 1:23 - 1:27
    eine Chance, die auf 22 % sinkt,
    wenn die Behandlung im Stadium 4 beginnt.
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    Es gibt ähnliche Tendenzen
    bei Dickdarm- und Eierstockkrebs.
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    Uns allen ist bewusst,
    dass eine frühe und korrekte Diagnose
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    entscheidend für das Überleben ist.
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    Das Problem ist,
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    dass viele Tools zur Krebsdiagnose
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    invasiv, teuer und oft ungenau sind,
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    und es vergeht qualvoll viel Zeit,
    bis man die Ergebnisse bekommt.
  • 1:55 - 1:57
    Schlimmer ist es jedoch,
    dass es bei Krebsarten
  • 1:57 - 2:01
    wie Eierstock-, Leber-
    oder Bauchspeicheldrüsenkrebs
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    keine guten Screeningmethoden gibt.
  • 2:05 - 2:09
    Daher müssen Menschen oft warten,
    bis körperliche Symptome auftreten,
  • 2:09 - 2:12
    welche selbst bereits Indikatoren
    für ein spätes Stadium sind.
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    Das ist wie ein Tornado in einem Gebiet,
    das kein Frühwarnsystem hat.
  • 2:18 - 2:19
    Es gibt keine Warnung vor der Gefahr,
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    da die bereits auf Ihrer Türschwelle ist,
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    wenn die Überlebenschancen
    extrem gering sind.
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    Der Komfort und das Vorhandensein
    von regelmäßigen Screeningmöglichkeiten,
  • 2:32 - 2:37
    die bezahlbar und nicht-invasiv sind
    und viel früher Ergebnisse liefern können,
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    würden uns mit einer beeindruckenden Waffe
    im Kampf gegen Krebs ausstatten.
  • 2:43 - 2:46
    Eine frühe Warnung würde uns erlauben,
    der Krankheit voraus zu sein,
  • 2:46 - 2:49
    anstatt bloß ihrem
    schonungslosen Erwachen zu folgen.
  • 2:49 - 2:51
    Und das ist genau das, was ich mache.
  • 2:51 - 2:54
    In den letzten 3 Jahren
    entwickelte ich Technologien,
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    die Klinikärzten letztendlich
  • 2:56 - 2:59
    mit schnellen Krebsdiagnosen
    im Anfangsstadium helfen können.
  • 2:59 - 3:03
    Und mich treibt eine
    große wissenschaftliche Neugier an
  • 3:03 - 3:05
    und der Wille,
    diese Statistiken zu ändern.
  • 3:07 - 3:08
    Jedoch wurde letztes Jahr
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    dieser Kampf viel persönlicher,
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    als bei meiner Frau
    Brustkrebs diagnostiziert wurde.
  • 3:16 - 3:20
    Das war eine Erfahrung, die eine starke
    und unerwartet emotionale Dimension
  • 3:20 - 3:22
    zu dieser Arbeit hinzufügte.
  • 3:23 - 3:27
    Ich weiß aus erster Hand, wie
    lebensverändernd die Behandlung sein kann,
  • 3:28 - 3:30
    und mir ist das emotionale
    Chaos sehr bewusst,
  • 3:30 - 3:33
    das Krebs bei der Familie anrichten kann,
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    die in unserem Fall
    zwei junge Töchter einschloss.
  • 3:36 - 3:40
    Da wir den Krebs zeitig
    während eines Routine-Mammogramms fanden,
  • 3:40 - 3:43
    konzentrierten wir uns
    primär auf Behandlungsoptionen
  • 3:43 - 3:45
    für den lokalisierten Tumor,
  • 3:45 - 3:49
    was mir erneut bestätigte,
    wie wichtig eine frühe Diagnose ist.
  • 3:51 - 3:53
    Anders als bei anderen Krebsarten,
  • 3:53 - 3:57
    sind Mammogramme für Brustkrebs
    eine Screeningoption des Anfangsstadiums.
  • 3:57 - 3:59
    Dennoch lässt sie nicht jeder machen
  • 3:59 - 4:01
    oder sie entwickeln Brustkrebs,
  • 4:01 - 4:04
    bevor das empfohlene mittlere Alter
    für Mammogramme erreicht ist.
  • 4:06 - 4:08
    Es gibt also sehr viel
    Verbesserungspotenzial,
  • 4:08 - 4:10
    sogar für Krebsarten
    mit Screeningmöglichkeiten
  • 4:10 - 4:12
    und natürlich erhebliche Vorteile
  • 4:12 - 4:13
    für die ohne.
  • 4:14 - 4:16
    Eine Hauptaufgabe
    der Krebsforscher ist es also,
  • 4:16 - 4:18
    Methoden zu entwickeln,
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    die regelmäßige Screenings
    für viele Krebsarten
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    viel zugänglicher machen.
  • 4:24 - 4:26
    Stellen Sie sich ein Szenario vor,
  • 4:26 - 4:27
    in dem der Arzt
  • 4:27 - 4:31
    während einer Routineuntersuchung
    eine einfache, nicht-invasive Urinprobe
  • 4:31 - 4:33
    oder andere Flüssigkeiten entnimmt
  • 4:33 - 4:36
    und die Ergebnisse präsentiert,
    noch bevor Sie das Zimmer verlassen.
  • 4:37 - 4:40
    Solch eine Technologie könnte
    die Zahl der Menschen,
  • 4:40 - 4:44
    die durch das Netz einer frühen Diagnose
    fallen, drastisch reduzieren.
  • 4:45 - 4:48
    Mein Forschungsteam
    aus Ingenieuren und Biochemikern
  • 4:48 - 4:50
    arbeitet an genau dieser Herausforderung.
  • 4:50 - 4:55
    Wir arbeiten an einer Lösung
    für eine regelmäßige frühe Krebswarnung,
  • 4:55 - 5:00
    indem wir Screenings etablieren,
    die beginnen, wenn eine Person gesund ist,
  • 5:00 - 5:04
    damit Maßnahmen getroffen werden können,
    um den Krebs beim Auftreten zu stoppen,
  • 5:04 - 5:07
    noch bevor er über
    das Anfangsstadium hinauswächst.
  • 5:09 - 5:12
    Die Wunderwaffe sind hier winzige Vesikel,
  • 5:12 - 5:16
    kleine Rettungskapseln, die von Zellen
    mit dem Namen Exosomen stammen.
  • 5:17 - 5:19
    Exosomen sind wichtige Biomarker,
  • 5:19 - 5:23
    die ein Frühwarnsystem
    für die Krebsentwicklung bieten.
  • 5:24 - 5:27
    Weil sie im Übermaß vorhanden sind,
    in ungefähr jeder Körperflüssigkeit
  • 5:27 - 5:30
    einschließlich Blut, Urin und Speichel,
  • 5:30 - 5:34
    eignen sie sich hervorragend für
    nicht-invasive Biopsien von Flüssigkeiten.
  • 5:35 - 5:37
    Es gibt nur ein Problem.
  • 5:37 - 5:41
    Ein automatisches System,
    das diese Biomarker schnell sortiert
  • 5:41 - 5:43
    ist momentan nicht vorhanden.
  • 5:44 - 5:47
    Wir entwickelten eine Technologie,
    die wir Nano-DLD nennen
  • 5:47 - 5:49
    und die genau das kann:
  • 5:50 - 5:53
    das automatische Isolieren von Exosomen,
  • 5:53 - 5:55
    um schnelle Krebsdiagnosen zu fördern.
  • 5:56 - 6:00
    Exosomen sind so gesehen
    die neusten Frühwarnmittel
  • 6:00 - 6:02
    im Bereich der Flüssigkeitenbiopsie.
  • 6:02 - 6:04
    Sie sind sehr, sehr klein.
  • 6:04 - 6:08
    Der Durchmesser beträgt
    30 bis 150 Nanometer.
  • 6:08 - 6:10
    Das ist so klein,
  • 6:10 - 6:13
    dass ca. 1 Million davon
    in nur ein rotes Blutkörperchen passen.
  • 6:14 - 6:16
    Das ist der Unterschied
    zwischen einem Golfball
  • 6:16 - 6:18
    und einem feinem Sandkorn.
  • 6:19 - 6:23
    Einst als kleine Abfalleimer
    für unerwünschten zellularen Müll abgetan,
  • 6:23 - 6:24
    weiß man nun,
  • 6:24 - 6:26
    dass Zellen wirklich kommunizieren,
  • 6:26 - 6:29
    in dem sie Exosomen produzieren
    und absorbieren,
  • 6:29 - 6:31
    die Oberflächenrezeptoren,
  • 6:31 - 6:35
    Proteine und anderes Erbgut
    aus der Ursprungszelle beinhalten.
  • 6:37 - 6:39
    Bei der Aufnahme durch eine Nachbarzelle
  • 6:39 - 6:43
    geben Exosomen ihre Inhalte
    in die absorbierende Zelle frei
  • 6:43 - 6:46
    und können fundamentale Änderungen
    in der Exprimierung bewirken --
  • 6:46 - 6:47
    einige sind gut
  • 6:48 - 6:49
    und andere, wie Krebs,
  • 6:49 - 6:51
    sind schlecht.
  • 6:51 - 6:55
    Weil sie vom Material
    der Mutterzelle umgeben sind
  • 6:55 - 6:57
    und eine Probe der Umgebung beinhalten,
  • 6:57 - 7:02
    liefern sie eine genetische Momentaufnahme
    der Zellgesundheit und ihrer Herkunft.
  • 7:03 - 7:06
    All diese Eigenschaften
    machen Exosomen zu unbezahlbaren Boten,
  • 7:06 - 7:08
    die es Ärzten potentiell erlauben,
  • 7:08 - 7:11
    den Gesundheitsstand
    auf zellularer Ebene einzusehen.
  • 7:12 - 7:14
    Um Krebs jedoch früh zu erkennen,
  • 7:14 - 7:17
    muss man diese Botschaften
    regelmäßig abhören,
  • 7:17 - 7:20
    um festzustellen, wann im Körper
    krebserregende Störenfriede entscheiden,
  • 7:20 - 7:22
    einen Coup zu starten.
  • 7:22 - 7:25
    Darum sind regelmäßige Screenings wichtig
  • 7:25 - 7:28
    und deshalb entwickeln wir
    Technologien, die das ermöglichen.
  • 7:29 - 7:35
    Obwohl exosomenbasierte Diagnostika
    dieses Jahr auf den Markt kamen,
  • 7:35 - 7:38
    sind sie noch kein Bestandteil
    des regulären Gesundheitswesens.
  • 7:39 - 7:41
    Zusätzlich zu ihrer jungen Entstehung
  • 7:41 - 7:45
    ist ein weiterer Aspekt,
    der die umfassende Einführung begrenzt,
  • 7:45 - 7:49
    dass es momentan kein automatisches System
    zur Isolierung von Exosomen gibt,
  • 7:49 - 7:52
    das ein regelmäßiges Screening
    kostengünstig verfügbar macht.
  • 7:53 - 7:56
    Der momentane Maßstab
    in Sachen Exosomenisolierung
  • 7:56 - 7:57
    beinhaltet Ultrazentrifugation,
  • 7:58 - 8:01
    ein Prozess, der teures Laborequipment,
  • 8:01 - 8:02
    einen geübten Laboranten
  • 8:02 - 8:05
    und ca. 30 Stunden benötigt,
    um eine Probe zu bearbeiten.
  • 8:07 - 8:11
    Wir entwickelten eine andere Methode
    für eine automatisierte Exosomenisolation
  • 8:11 - 8:13
    etwa einer Urinprobe.
  • 8:14 - 8:18
    Wir nutzen eine chipbasierte,
    kontinuierlich fließende Teilungsmethode,
  • 8:18 - 8:21
    Deterministic Lateral Displacement.
  • 8:21 - 8:22
    Damit machten wir das,
  • 8:22 - 8:27
    was die Halbleiterindustrie so erfolgreich
    in den letzten 50 Jahren machte.
  • 8:27 - 8:29
    Wir schrumpften die Dimensionen
    dieser Technologie
  • 8:29 - 8:32
    vom Mikrometermaßstab
    zum echten Nanomaßstab.
  • 8:33 - 8:34
    Wie funktioniert das?
  • 8:34 - 8:35
    Kurz gefasst
  • 8:35 - 8:39
    wird eine Reihe kleiner Säulen,
    getrennt von nanoskopischen Lücken,
  • 8:39 - 8:41
    so angeordnet,
  • 8:41 - 8:44
    dass sie die Flüssigkeit
    in Stromlinien teilt,
  • 8:44 - 8:47
    sodass die größeren,
    Krebs-assoziierten Nanopartikel
  • 8:47 - 8:51
    durch eine Weiterleitung von kleineren,
    gesunden Partikeln getrennt werden.
  • 8:51 - 8:53
    Diese können sich
  • 8:53 - 8:55
    mit einer Zickzack-Bewegung
    um die Säulen herum
  • 8:55 - 8:57
    in Fliessrichtung bewegen.
  • 8:58 - 9:02
    Das Ergebnis ist eine komplette Trennung
    dieser beiden Partikelgruppen.
  • 9:03 - 9:07
    Vorstellen können Sie sich diese Teilung
  • 9:07 - 9:11
    wie den Verkehr auf einer Schnellstraße,
    die sich in zwei Straßen aufteilt.
  • 9:11 - 9:12
    Eine davon führt
  • 9:12 - 9:14
    in einen niedrigen Tunnel unter einem Berg
  • 9:15 - 9:17
    und die andere Straße führt drumherum.
  • 9:17 - 9:19
    Die kleineren Autos
    können durch den Tunnel fahren,
  • 9:19 - 9:23
    während die größeren Lastwagen,
    mit potentiell gefährlichem Material,
  • 9:23 - 9:24
    die Umleitung nehmen müssen.
  • 9:26 - 9:30
    Der Verkehr wird so effektiv
    nach Größe und Ladung geteilt,
  • 9:30 - 9:32
    ohne den Fluss zu behindern.
  • 9:32 - 9:36
    Genau so funktioniert unser System
    in einem sehr viel kleineren Rahmen.
  • 9:38 - 9:41
    Die Idee dahinter ist,
    dass der Teilungsprozess für Screenings
  • 9:41 - 9:46
    genauso einfach wie das Auswerten
    einer Urin-, Blut- oder Speichelprobe ist,
  • 9:46 - 9:49
    was eine kurzfristige Möglichkeit
    innerhalb der nächsten Jahre ist.
  • 9:49 - 9:54
    Letztendlich könnte es zur Isolation
    und Erkennung von Exosomen genutzt werden,
  • 9:54 - 9:57
    die mit einer bestimmten Krebsart
    in Verbindung gebracht werden,
  • 9:57 - 10:01
    indem ihre Präsenz innerhalb von Minuten
    aufgespürt und mitgeteilt wird.
  • 10:01 - 10:04
    Das würde schnelle Diagnosen
    nahezu mühelos machen.
  • 10:05 - 10:06
    Vereinfacht gesagt
  • 10:06 - 10:09
    würde die Möglichkeit der Teilung
    und Anreicherung von Biomarkern,
  • 10:09 - 10:12
    mit nanoskaliger Präzision
    und automatisiert,
  • 10:12 - 10:16
    die Tür für ein besseres Verständnis
    solcher Krankheiten wie Krebs öffnen --
  • 10:16 - 10:20
    mit Einsatzbereichen
    von Probenpräparation über Diagnostik
  • 10:20 - 10:23
    und von Arzneimittelresistenzüberwachung
    bis zur Therapeutik.
  • 10:23 - 10:25
    Sogar bevor meine Frau Krebs entwickelte,
  • 10:25 - 10:29
    war es mein Traum, die Automatisierung
    dieses Prozesses zu vereinfachen,
  • 10:30 - 10:33
    um regelmäßige Screenings
    erschwinglicher zu machen,
  • 10:33 - 10:35
    ähnlich wie Henry Ford das Automobil
  • 10:35 - 10:37
    für die Allgemeinheit bezahlbar machte,
  • 10:37 - 10:40
    indem er das Fliessband entwickelte.
  • 10:40 - 10:43
    Automatisierung ist
    der Schlüssel für Zugänglichkeit.
  • 10:44 - 10:46
    Im Geiste des Hoover-Traums
  • 10:46 - 10:49
    „Ein Huhn in jedem Topf
    und ein Auto in jeder Garage“
  • 10:49 - 10:51
    entwickeln wir eine Technologie,
  • 10:51 - 10:54
    die letztendlich
    ein Krebs-Früherkennungssystem
  • 10:54 - 10:56
    in jedes Zuhause bringen könnte.
  • 10:56 - 10:58
    Das würde jedem Mann,
    jeder Frau und jedem Kind
  • 10:58 - 11:02
    die Möglichkeit regelmäßiger Tests geben,
    während sie noch gesund sind,
  • 11:02 - 11:05
    und Krebs beim ersten Auftreten erkennen.
  • 11:05 - 11:07
    Es ist meine Hoffnung und mein Traum,
  • 11:07 - 11:11
    Menschen weltweit zu helfen,
    hohe Kosten zu vermeiden --
  • 11:11 - 11:13
    physische, finanzielle und seelische --
  • 11:13 - 11:16
    denen sich Krebspatienten
    heute gegenüber sehen.
  • 11:16 - 11:19
    Schwierige Umstände, die ich gut kenne.
  • 11:20 - 11:24
    Ich freue mich auch mitzuteilen,
    dass aufgrund der frühen Krebsdiagnose
  • 11:24 - 11:26
    die Behandlung meiner Frau erfolgreich war
  • 11:26 - 11:28
    und sie jetzt krebsfrei ist.
  • 11:28 - 11:30
    (Applaus)
  • 11:36 - 11:41
    Dieses Ergebnis würde ich gerne
    bei jedem mit einer Krebsdiagnose sehen.
  • 11:41 - 11:43
    Mit der Arbeit, die mein Team
  • 11:43 - 11:46
    bei der nanoskaligen Biomarkertrennung
  • 11:46 - 11:49
    für eine frühe Krebsdiagnose
    geleistet hat,
  • 11:49 - 11:52
    bin ich optimistisch,
    dass diese Technologie
  • 11:52 - 11:54
    innerhalb des nächsten Jahrzehnts
    verfügbar sein wird,
  • 11:54 - 11:58
    um unsere Freunde, Familie
    und zukünftige Generationen zu schützen.
  • 11:59 - 12:03
    Sogar wenn wir das Pech haben,
    Krebs diagnostiziert zu bekommen,
  • 12:03 - 12:05
    wird diese frühe Warnung
    ein Hoffnungsschimmer sein.
  • 12:06 - 12:07
    Danke.
  • 12:08 - 12:13
    (Applaus)
Titel:
Neue Nanotechnologie zur Krebsfrüherkennung
Sprecher:
Joshua Smith
Beschreibung:

Was wäre, wenn jedes Zuhause ein Krebsfrüherkennungssystem hätte? Der Forscher Joshua Smith entwickelt einen nanobiotechnologischen „Krebsalarm“, der nach Spuren der Krankheit in speziellen Biomarkern, die Exosomen genannt werden, sucht. In diesem zukunftsorientierten Vortrag spricht er über seinen Traum, die Krebserkennung zu revolutionieren und letztendlich Leben zu retten.

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Video Language:
English
Team:
TED
Projekt:
TEDTalks
Duration:
12:26

Untertitel in German

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