Công nghệ nano mới để chẩn đoán sớm ung thư

Điều gì xảy ra nếu mọi nhà có một hệ thống cảnh báo phát hiện ung thư sớm?
Nhà nghiên cứu Joshua Smith đang phát triển một công nghệ nano "cảnh báo ung thư" có thể quét các dấu hiệu của bệnh trong dạng chỉ thị sinh học đặc biệt gọi là exosomes. Trong cuộc trò chuyện thẳng thán này, ông ấy chia sẻ ước mơ làm thế nào để cách mạng hóa sự phát hiện ung thư và, quan trọng hơn, cứu người.

"Bạn bị ung thư".

Thật đáng buồn, 40% trong số chúng ta sẽ
nghe câu này trong đời,

và nửa đó sẽ không qua khỏi.
Nghĩa là...

cứ 2 trong 5 bạn bè và người thân của bạn

bị chẩn đoán mắc
một loại ung thư nào đó,

và một người sẽ chết.

Bên cạnh các đau đớn thể chất

khoảng 1 phần 3 số người sống sót sau
ung thư tại nước Mĩ

rơi vào nợ nần vì chi phí chữa trị.

Và những người này có khả năng bị phá sản
cao hơn 2.5 lần so với những

người không mắc ung thư.

Căn bệnh này là phổ biến.

Nó làm suy sụp cảm xúc

và, với nhiều người,

hủy diệt điều kiện tài chính.

Nhưng một chẩn đoán mắc ung thư
không có nghĩa là một bản án tử.

Tìm thấy ung thư sớm,

khi nó mới bắt đầu,

là một yếu tố tối quan trọng để
cải thiện các phương pháp điều trị,

giảm sự suy sụp tâm lí

và giảm thiểu gánh nặng tài chính.

Quan trọng nhất,

tìm ra ung thư sớm--

là một trong những một tiêu chính trong
nghiên cứu của tôi--

để cải thiện nhiều khả năng
sống sót của bạn.

Nếu chúng ta nhìn vào một ví dụ về
ung thư vú,

ta thấy những người được chẩn đoán
và chữa trị trong giai đoạn 1

có tỉ lệ sống sót trong 5 năm gần như là
100%--

tỉ lệ này giảm xuống chỉ còn 22% nếu
chữa trị tại gian đoạn 4. Và có

xu hướng tương tự cho 2 loại ung thư:
đại trực tràng và buồng trứng.

Bây giờ, chúng ta được biết rằng
một sự chẩn đoán sớm và chính xác

là tối quan trọng để sống sót.

Vấn đề là nhiều công cụ chẩn đoán ung thư
phải xâm nhập cơ thể,

đắt tiền,

thường không chính xác.

và chúng có thể mất nhiều thời gian để
nhận được kết quả.

Tệ hơn, khi dùng cho 1 số loại ung thư,

như ung thư buồng trứng, gan
hay tuyến tụy,

thì đơn giản là không có phương pháp
sàng lọc tốt nào,

nghĩa là mọi người thường đợi đến khi có
triệu chứng rõ ràng,

mà chúng lại là những dấu hiệu
cho thấy bệnh đã ở giai đoạn cuối.

Như một cơn bão đổ bộ vào một khu vực
mà không có hệ thống cảnh báo sớm,

không có dấu hiệu cảnh báo,

cho sự nguy hiểm ở ngay trước mắt bạn

khi khả năng sống sót của bạn
bị giảm mạnh.

Có sự tiện lợi và khả năng tiếp cận các
phương án sàng lọc thông thường

giá rẻ, không xâm lấn cơ thể và
có thể cho kết quả sớm hơn,

điều này sẽ cho chúng ta một vũ khí
lợi hại trong cuộc chiến với ung thư.

Một sự cảnh báo sớm sẽ cho phép chúng ta
đi trước căn bệnh

thay vì chi theo dỗi diễn biến trỗi dậy
của nó.

Đây chính xác là những gì tôi đang làm.

Trong 3 năm qua, tôi đã và đang
phát triển các kĩ thuật

có thể hỗ trợ bác sĩ

với sự chẩn đoán
ung thư sớm và thường xuyên.

Và tôi được tiếp sức bởi
sự tò mò sâu sắc với khoa học,

và một niềm đam mê thay đổi
các số liệu thống kê này.

Dù vậy, cuối năm trước,

cuộc chiến trở nên cá nhân hóa hơn

khi vợ tô bị chẩn đoán mắc ung thư vú.

Đó là một trải nghiệm đã thêm
những cảm xúc mạnh mẽ và không mong muốn

vào những nỗ lực này.

Tôi tận mắt chứng kiến sự điều trị
thay đổi cuộc sống như thế nào,

và tôi cảm nhận sâu sắc
sự tàn phá cảm xúc

mà ung thư có thể gây ra
cho một gia đình,

trong trường hợp của chúng tôi
gồm cả 2 cô con gái nhỏ.

Vì chúng tôi tìm ra bệnh sớm trong
buỗi chụp quang tuyến vú định kì

chúng tôi có thể tập trung vào
phương pháp chữa trị cho

cho các khối u,

tái khẳng định với tôi
sự quan trọng của chẩn đoán sớm.

Khác các loại ung thư khác,

chụp quang tuyến vú cung cấp một lựa chọn
sàng lọc sớm cho ung thư vú.

Nhưng, không phải ai cũng làm điều này,

hoặc họ đã mắc ung thư vú,

trước khi được khuyến cáo chụp
quang tuyến vú ở tuổi trung niên.

Vậy, vẫn còn rất nhiều thứ để cải thiện

trong cả các loại ung thư
đã có cách sàng lọc,

và, tất nhiên là lợi ích rất lớn
cho các loại không có.

Một thách thức then chốt trong
nghiên cứu ung thư

là phát triển phương pháp

để việc sàng lọc thường xuyên nhiều
loại ung thư khác nhau

trở nên dễ tiếp cận hơn.

Tưởng tượng một tình huống,
trong cuộc kiểm tra định kì của bạn,

bác sĩ có thể thực hiện một xét nghiệm
nước tiểu đơn giản, không xâm lấn,

hoặc các loại dịch khác,

và cho bạn kết quả trước cả khi bạn rời
phòng khám.

Giống như một công nghệ có thể
giảm đáng kể số lượng người

bị bỏ sót trong một cuộc chẩn đoán
ung thư sớm.

Nhóm nghiên cứu của tôi gồm các kỹ sư và
nhà sinh học

đang thật sự nghiên cứu về vấn đề này.

Chúng tôi tìm cách để thường xuyên
kích hoạt cảnh báo ung thư sớm

thông qua cho phép các sàng lọc đơn giản
bắt đầu khi một người còn khỏe mạnh

và hành động đó có thể chặn ung thư
vào thời điểm nó xuất hiện

và trước khi

nó có thể tiến triển ra khỏi
thời kì tiền phát.

"Viên đạn bạc" trong trường hợp này là
các bao nang nhỏ

"khoang thoát hiểm tí hon" thường rụng
khỏi tế bào gọi là exosome.

Exosome là chỉ thị sinh học quan trọng

có thể cung cấp sự cảnh báo sớm
về sự phát triển của ung thư.

Và vì nó có rất nhiều trong bất kì
loại dịch cơ thể nào,

bao gồm máu, nước tiểu, nước bọt,

chúng vô cùng hấp dẫn cho phương pháp
sinh thiết dịch lỏng không xâm lấn.

Đây chỉ mới là 1 vấn đề.

1 hệ thốnng tự động để phân loại nhanh
các chỉ thị sinh học quan trọng này

hiện nay không có.

Chúng tôi tạo ra một công nghệ gọi là
nano-DLD

có khả năng chính xác này:

tự động cô lập exosome

để hỗ trợ nhanh chóng trong
chẩn đoán ung thư.

Exosome là vũ khí cảnh báo sớm nhất,
nếu ban có,

nổi trên mặt sinh thiết dịch lỏng.

Và chúng rất, rất nhỏ.

Chúng chỉ có đường kính từ 30
đến 150 nanomet.

Chúng thật sự nhỏ bé

mà bạn có đưa 1 triệu exosome vào
1 tế bào hồng cầu.

Giống như sự khác biệt giữa
1 quả bóng golf

và một hạt cát mịn.

Cần phải có các "thùng rác" nhỏ cho
các chất thải không mong muốn từ tế bào,

và điều đã được tìm thấy là
tế bào thật sự giao tiếp với nhau

bằng cách sản xuất và hấp thụ exosome,

những thế chứa những thụ thể bề mặt,

protein và các vật liệu di truyền khác
được thu thập từ tế bào gốc của chúng.

Khi bị hấp thụ bởi một tế bào lân cận,

exosome giải phóng những gì chúng có
vào tế bào nhận,

và có thể cài đặt một số vận động thay đổi
cơ bản trong gen--

một vài thay đổi là tốt,

và đây là nơi ung thư sinh ra,

vài cái là xấu.

Vì chúng được bao bọc trong vật chất của
tế bào mẹ,

và chứa một mẫu của môi trường của nó,

chúng cung cấp một bức ảnh về sức khỏe
tế bào đó và nguyên bản của chúng.

Những tính chất này biến exosome
thành "người truyền tin" vô giá

có thể cho phép bác sĩ

kiểm tra sức khỏe của bạn
ở cấp độ tế bào.

Dù vậy, để bắt được ung thư sớm

thường xuyên đón đầu các thông điệp này

để xác định khi nào ung thư
"gây rối" trong cơ thể bạn

và tiến hành "đảo chính",

đó là lý do sàng lọc thường xuyên
là rất quang trọng và

vì sao chúng tôi phát triển công nghệ
này để làm nó khả thi.

Khi các phương pháp chuẩn đoán đầu tiên
dựa vào exosome nổi lên, mới năm nay thôi

chúng không phải là một phần của
các lựa chọn y tế chính.

Hơn nữa trong sự nổi lên
của chúng,

có một điều khác hạn chế sự
áp dụng rộng rãi của chúng.

đó là hiện tại chưa tồn tại
hệ thống tự động cô lập exosome

để sàng lọc thường xuyên trở nên
dễ tiếp cận và hiệu quả về kinh tế.

Tiêu chuẩn vàng hiện nay để
cô lập exosome

bao gồm siêu li tâm

một quá trình đòi hỏi
thiết bị thí nghiệm đắt tiền,

một phòng lab công nghệ

và 30 giờ để xử lí một mẫu.

Chúng ta sẽ đến một cách tiếp cận khác
để đạt được sự cô lập exosome tự động từ

một mẫu thử ví dụ nước tiểu.

Chúng tôi dùng kỹ thuật tách dòng
liên tục dựa trên chip

là 'chuyển bên xác định'
(deterministic lateral displacement).

Chúng tôi đã hoàn tất nó

đều mà công nghiệp bán dẫn
đã làm rất thành công trong 50 năm qua.

Chúng tôi giảm bán kính
của công nghệ này

từ cỡ micromet xuống
kích cỡ nano thật sự.

Vậy nó hoạt động thế nào?

Tóm lại là,

một tập hợp các trụ nhỏ ngăn cách bởi
các khoảng trống có kích thước nano được

xếp theo cách nào đó để

hệ thống chia các dịch theo cách hợp lí

với cách hạt nano có liên quan nhiều đến
ung thư bị tách ra

thông qua quá trính chuyển hướng
từ thành phần nhỏ hơn, lành mạnh hơn.

thứ tương phản với các hạt trên

di chuyển dạng zigzag xung quanh các trụ

trong hướng chảy của dòng dịch.

Kết quả là sự chia tách hoàn toàn
của 2 quần thể hạt này.

Bạn có thể hình dung quá trình
chia tách này

tương tự tình hình giao thông trên
1 xa lộ chia thành 2 hướng,

với 1 hướng đi vào đường hầm thấp
nằm bên dưới 1 ngọn núi,

và hướng kia đi vòng qua nó (ngọn núi).

Ở đây, xe nhỏ hơn có thể đi qua đường hầm

trong khi các xe tải lớn hơn có thể chở
chất liệu nguy hiểm

bị buộc phải đi đường vòng.

Giao thông được phân chia một cách
hiệu quả dựa vào kích cỡ và hàng hóa

mà không cản trở dòng chảy của nó.

Đây chính xác là cách hệ thống chúng tôi
hoạt động ở một tỉ lệ nhỏ hơn nhiều.

Ý tưởng ở đây là sự chia tách cho sàng lọc

có thể đơn giản khi thực hiện cho 1 mẫu
như nước tiểu, máu hay nước bọt,

có thể thành hiện thực trong
vài năm tới.

Cuối cùng, nó có thể dùng để cô lập và
phát hiện exosome mục tiêu

có liên quan đến từng loại ung thư cụ thể,
cảm nhận và

báo cáo về
sự có mặt của nó trong vài phút.

Cái này có thể giúp sự chẩn đoán diễn ra
nhanh và hầu như không đau.

Nói rộng ra,

khả năng có thể chia tách và
làm giàu chỉ thị sinh học

với sự chính xác ở cấp độ nano
một cách tự động,

mở ra cánh cửa để hiểu hơn về các
loại bệnh ví dụ ung thư,

với khả năng ứng dụng từ chuẩn bị mẫu
đến chẩn đoán,

và từ giám sát sự kháng thuốc đến
liệu pháp.

Thậm chí trước khi vợ tôi bị ung thư,

đó là một giấc mơ của tôi, tạo điều kiện
tự động hóa cho quá trình này--

để sàng lọc thường xuyên dễ tiếp cận hơn,

giống như cách Henry Ford làm
xe ô tô trở nên dễ tiếp cận

với những người dân bình thường

thông qua sự phát triển của dây chuyền
lắp ráp.

Tự động là chìa khóa cho sự tiếp cận.

Tinh thần trong các giấc mơ của Hoover,

"một con gà mọi cái nồi
và 1 chiếc ô tô trong mọi garage".

Tôi đang phát triển công nghệ

mà cuối cùng có thể cung cấp hệ thống
cảnh báo sớm ung thư

đến mọi nhà.

Điều này cho mọi người
phụ nữ và trẻ em

cơ hội kiểm tra thường xuyên ngay khi
họ còn khỏe mạnh,

bắt được ung thư khi nó mới bắt đầu.

Nó là hy vọng và mơ ước của tôi

để giúp mọi người trên thế giới tránh được
cái giá đắt --

và tài chính, sức khỏe và cảm xúc --

điều bệnh nhân ung thư hiện nay phải
đối mặt,

sự gian khổ mà tôi biết rất rõ.

Tôi cũng vui mừng thông báo vợ tôi
được chẩn đoán ung thư sớm

nên cô ấy điều trị thành công,

Và cô ấy giờ, may mắn, đã khỏi ung thư.

( Vỗ tay)

Đó là kết quả mà tôi muốn thấy với mọi
người bị chẩn đoán mắc ung thư.

Với công việc nhóm của tôi đã hoàn thành

trong sự chia tách chỉ thị sinh học ở
cấp độ nano

cho sự chẩn đoán ung thư nhanh vào
giai đoạn sớm.

Tôi rất lạc quan rằng
trong vài thập kỉ nữa

công nghệ này sẽ có thể

giúp bảo vệ bạn bè, gia đình
và các thế hệ sau của chúng ta.

Thậm chí khi chúng ta không may bị
chẩn đoán mắc ung thư,

sự cảnh báo sớm đó sẽ là
ngọn hải đăng mạnh mẽ về hy vọng.

Cám ơn.

(Vỗ tay)