Egy akkora helyen, ahol egykor egyetlen tranzisztor fért el,
ma már 1 milliárdot helyezhetünk el.
Így lehetséges az, hogy egy egész szobát betöltő számítógép
mára elfér a zsebünkben.
Mondhatjuk: a jövő apró.
Mérnökként
a számítógépek miniatürizálásának forradalma lelkesedéssel tölt el.
Orvosként azon tűnődöm:
felhasználhatnánk-e a forradalmat, hogy csökkentsük
a világ egyik leginkább elharapózó betegségében elhunytak számát.
Ez a betegség pedig a rák.
Amikor ezt most kimondtam,
a legtöbben arra gondolnak, hogy a rák gyógyításán dolgozunk.
Ez így is van.
De mint kiderült,
ahhoz, hogy életet menthessünk,
hatalmas szerepe van a rák korai felismerésének és megelőzésének.
Világszerte a rák okozta halálesetek több mint 2/3-a teljesen megelőzhető
a jelenlegi módszerekkel,
pl. oltással, idejében elvégzett szűréssel
és persze a dohányzás abbahagyásával.
De pár daganatot még a legjobb eszközökkel és technológiákkal
sem lehet korán észlelni,
csak 10 évvel azután, hogy elkezdett növekedni,
amikor már 50 millió rákos sejtből áll.
Mi volna, ha olyan technológiánk lenne,
amivel e daganatokat sokkal hamarabb felfedezhetnénk,
amikor még eltávolíthatók,
mikor még éppen hogy elkezdtek terjedni?
Elmondom, hogy miniatürizálással miként érhető ez el.
Ez egy átlagos labormikroszkóp,
amit patológusok használnak
pl. biopsziából vagy PAP-kenetből származó szövetminta vizsgálatára.
Ezt a 7 000 dolláros mikroszkópot
olyan szakember használja, akit évekig képeztek arra,
hogy megtalálja a rákos sejteket.
Ezt a képet a Rice Egyetemen dolgozó egyik kollégámtól,
Rebecca Richards-Kortumtól kaptam.
Ő és a csapata miniatürizálta az egész mikroszkópot
ebbe a 10 dolláros egységbe,
amely befér egy optikai szál végébe.
Így ahelyett, hogy a betegtől levett mintát elküldenénk
mikroszkópos vizsgálatra,
a beteghez hozzuk el a mikroszkópot.
S ahelyett, hogy szakember kellene a képek elemzéséhez,
megtaníthatjuk a számítógépet az ép és rákos sejtek megkülönböztetésére.
Ez nagyon fontos,
mert vidéken azt tapasztalták,
hogy hiába van mobil szűrőállomásuk,
amellyel e területekre eljutva vizsgálatokat végeznek
és mintákat gyűjtenek,
elküldik őket elemzésre a központi kórházba,
majd napokkal később
felhívják a pácienst, hogy pozitívak az eredményei,
és megkérik, hogy fáradjon be.
Az esetek felében nem jelenik meg, mert nincs pénze az útra.
Ezzel a mikroszkópba integrált számítógéppel
Rebecca és munkatársai olyan vizsgálóbuszt hoztak létre,
mely szűrőállomás és kezelőegység is egyben.
Ez azt jelenti, hogy helyben felállíthatják a diagnózist,
és elkezdhetik a kezelést,
tehát nem tűnik el senki a folyamatban.
Ez csak egy példa, hogy a miniatürizálás miként menthet életet.
Mérnökként
valódi miniatürizálásra gondolok.
Fogunk egy nagy dolgot és kisebbet csinálunk belőle.
Korábban említettem, hogy a számítógépek
hogyan változtatták meg életünket,
amikor épp elég kicsit lettek ahhoz, hogy bárhová magunkkal vihessük őket.
Vajon mi ennek a megfelelője a gyógyításban?
Milyen volna, ha lenne egy érzékelőnk,
ami olyan kicsi, hogy keringhet a testünkben,
teljesen önállóan megtalálja a daganatot,
és jelet küld róla a külvilágnak?
Tudományos fantasztikumnak hangzik.
De a nanotechnológia épp ebben segít nekünk.
A nanotechnológia segít az érzékelőt összezsugorítani
egy emberi hajszál
100 mikronnyi vastagságánál
ezerszer kisebb,
100 nanométeres egységgé.
Ennek alapvető kihatásai vannak.
Kiderült, hogy a nano-mérettartományban
az anyagok tulajdonságai megváltoznak
Veszünk egy közönséges anyagot,
pl. az aranyat, porrá őröljük, arany nanorészecskékké,
és színe aranyról pirosra fog változni.
Ha veszünk egy különlegesebb anyagot, mint pl. a kadmium-szelenidet
– nagy, fekete kristályokból álló anyag –,
és nanokristályokat képezünk belőle,
folyadékba tesszük,
megvilágítjuk,
akkor ragyogni fog.
Kéken, zölden, sárgán, narancsosan és pirosan,
csakis méretüktől függően.
Ez hihetetlen! Elképzelhető ilyen a makrovilágban?
Mintha a szekrényünkben lógó, ugyanabból a pamutból készült farmerek
csakis méretüktől függően különböző színűek lennének.
(Nevetés)
Orvosként nemcsak az érdekel,
hogy az anyagok
hogyan változtatják színűket nanoméretekben,
hanem az is,
hogy miként terjednek testünkben.
Ezt a megfigyelést használjuk,
hogy jobb rákérzékelőket készítsünk.
Megmutatom, mire gondolok.
Ez egy véredény a testünkben.
A véredény körül daganat van.
Nanorészecskéket injektálunk ebbe az érbe,
és megfigyeljük, hogyan kerülnek a véráramból a daganatba.
Kiderült, hogy számos daganat véredénye szivárog,
így a nanorészecskék kiszivároghatnak a véráramból a daganatba.
Hogy kijutnak-e, az a méretüktől függ.
Ezen a képen a kisebb,
100 nanométeres kék részecske szivárog ki,
a nagyobb, 500 nanométeres piros részecske pedig
bent marad a véráramban.
Tehát attól függően,
mekkorára készítek egy anyagot,
változtathatom, hogy hová kerüljön a testben.
Laboromban nemrég készítettünk egy nanoméretű daganatérzékelőt.
Olyan kicsit, hogy képes keringeni a testben daganatok után kutatva.
Úgy terveztük, hogy figyelje a daganat terjedését:
azon kémiai jelek összességét, melyeket terjedéséhez a daganat termel.
Hogy a daganat kiszabaduljon a szövetből, ahol keletkezett,
enzimeket kell kibocsátania,
hogy átrágja magát a környező szöveteken.
Úgy terveztük a nanorészecskéket, hogy ezek az enzimek indítsák be őket.
Egyetlen enzim egy óra alatt vegyi reakciók ezreit képes indítani.
Ezt a mérnöki nyelvben
ezerszeres erősítésnek nevezzük,
ezzel tehetünk valamit nagyon érzékennyé.
Így készítettünk egy nagyon érzékeny rákérzékelőt.
De hogyan juttassam ki a keletkezett jelet a külvilágba,
ahol aztán tudok vele valamit kezdeni?
Ehhez a nanoméretű biológia még egy elemét fogjuk használni,
mely a vesével kapcsolatos.
A vese egy szűrő.
Feladata, hogy megszűrje vérünket, és a hulladékot a vizeletbe gyűjtse.
Hogy a vese miket szűr ki,
az szintén méretfüggő.
Ezen a képen, amint láthatják,
minden, ami kisebb mint 5 nanométer,
az a vérből a vesén át egyenesen a vizeletbe távozik;
minden, ami ettől nagyobb, visszamarad.
Rendben, csinálok egy 100 nanométeres rákérzékelőt,
bejuttatom a véráramba,
beszivárog a daganatba, ahol az enzimek beindítják,
így olyan jelet küld,
ami elég kicsiny ahhoz, hogy a vese megszűrje,
és a vizeletbe kerüljön.
Tehát kijutott a felismerhető jel.
De van még egy nehézség.
A jel nagyon gyenge.
Hogyan fogom felismerni?
A jel csupán egy molekula.
E molekulákat mi, mérnökök terveztük.
Teljesen szintetikusak és tervezhetők,
azaz illeszthetők a kívánt eszközökhöz.
Ha nagyon érzékeny és bonyolult műszert akarunk használni,
pl. a tömegspektrométert,
akkor egyedi tömegű molekulát készítünk.
Vagy talán olcsóbb és hordozhatóbb dolgot akarunk készíteni?
Ehhez olyan molekulát tervezünk, melyet papíron csapdába ejthetünk,
mint pl. a terhességi teszt.
Egyre több papírteszt válik elérhetővé
a papíralapú diagnosztika területén.
De mire megyünk ezzel?
Életemet
a kutatásra tettem föl,
elmondom egyik álmomat.
Nem mondhatom,
hogy ez ígéret: még csak álom,
De előrevivő álmok mindannyiunknak kellenek,
kiváltképp a rákkutatóknak.
Elmondom, mit remélek, mi történik majd a technológiámmal,
aminek megvalósításába
csapatom és én szívünket-lelkünket beleadtuk.
Rendben, ez lenne az.
Az az álmom, hogy egy nap
ahelyett, hogy egy drága szűrőközpontba mennénk
vastagbéltükrözést,
mammográfiát
vagy PAP-kenetet végeztetni,
kapunk egy injekciót,
várunk egy órát,
majd vizeletmintát adunk egy tesztcsíkra.
Úgy képzelem, hogy ehhez még
elektromosság
vagy egészségügyi szakember sem kell.
Lehetnek távol is egymástól;
a kapcsolat csupán az okostelefonon lévő kép.
Tudom, ez ábrándnak hangzik,
de a laborban, egereken már működik,
s jobban, mint a tüdő-, vastagbél- és petefészekrák felderítésére
használt jelenlegi módszerek.
Remélem, ez azt jelenti,
hogy egykor a keletkezésétől számított 10 évnél hamarább
ismerhetjük föl majd a daganatot
a lakosság minden rétegében,
az egész bolygón.
Így korábban kezdhetnénk a kezelést,
és a korai felismerés révén több életet menthetnénk meg,
mint ma.
Köszönöm a figyelmet!
(Taps)