Nová nanotechnologie pro časné zachytávání rakoviny

Co kdybychom měli doma systém včasného varování pro detekci výskytu rakoviny? Výzkumník Joshua Smith vyvíjí nanobiotechnologii nazvanou "rakovinový poplach", který hledá stopy nemoci ve formě speciálních biomarkerů zvaných exozomy. V této vizionářské přednášce s námi sdílí svůj sen o tom, jak můžeme zrevolucionalizovat detekci rakoviny a nakonec i zachraňovat životy.

"Máte rakovinu."

Za život bohužel 40 % z nás
uslyší tato slova

a polovina nepřežije.

Znamená to, že dvěma z pěti vašich
nejbližších přátel a příbuzných

bude diagnostikována rakovina

a jeden zemře.

Nad rámec fyzických obtíží

se zhruba třetina přeživších v USA

kvůli léčbě zadluží.

S 2,5krát větší pravděpodobností
vyhlásí osobní bankrot

než ti bez rakoviny.

Tato nemoc je pronikavá.

Je emocionálně vysilující

a pro mnohé

i finanční zhoubou.

Ale diagnóza rakoviny nemusí
znamenat rozsudek smrti.

Brzké zjištění rakoviny,

blízko jejímu vzniku,

je jedním z kritických faktorů
zlepšujících možnosti léčby,

redukuje emoční důsledky

a minimalizuje finanční břemeno.

Co je ale nejdůležitější,

brzké objevení rakoviny -

jeden z hlavních cílů mého výzkumu -

vysoce zvyšuje šance na přežití.

Když se podíváme na rakovinu prsu,

ti, kteří jsou diagnostikováni
a léčeni v první fázi

přežijí pět let v téměř 100 % případů -

pravděpodobnost se snižuje ke 22 %,
pokud je léčena fáze čtyři.

Podobná čísla platí
u rakovin konečníku a vaječníků.

Všichni víme, že včasná a přesná diagnóza

je klíčová pro přežití.

Problém je, že mnoho přístrojů
na diagnózu rakoviny

je invazivních, nákladných,

často jsou nepřesné,

a trvá neuvěřitelně dlouho
získat výsledky.

Ještě hůře, pro některé formy rakoviny,

jako rakovina vaječníků,
jater nebo slinivky,

neexistují dobré screeningové metody,

lidé většinou čekají,
až se objeví fyzické příznaky,

které jsou indikátory postupu
dalších stádií.

Jako při úderu tornáda v oblasti bez
systému včasného varování

jsou šance na přežití dost snížené,

když neexistuje hlásič,
který by nás varoval ve chvíli,

kdy se objeví nebezpečí.

Mít k dispozici pravidelný screening,

dostupný, neinvazní a poskytující
výsledky dříve,

by nám poskytlo mocnou zbraň
v boji proti rakovině.

Brzké varování by nám umožnilo
předběhnout nemoc

namísto následování nelítostných dopadů.

A to je přesně to, co dělám.

Poslední tři roky vyvíjím technologie,

které mohou pomoci lékařům

s rychlou, včasnou diagnózou rakoviny.

Jsem poháněn vědeckou zvědavostí a vášní

změnit ty statistiky.

Minulý rok, nicméně,

se tento boj stal mnohem osobnějším,

když mé ženě zjistili rakovinu prsu.

Je to zkušenost, která dodala silnou
a nečekanou emoční dimenzi

mému úsilí.

Vím z první ruky, jak léčba změní život

a jsem si dobře vědom emočních zmatků,

kterými rakovina může narušit rodinu,

což se v našem případě týkalo
dvou malých dcer.

Díky včasnému zjištění
pomoci běžného mamogramu

jsme se zaměřili primárně

na léčebné možnosti
lokalizovaného tumoru,

což mi potvrdilo důležitost
včasné diagnózy.

Na rozdíl od ostatních forem rakoviny,

mamogramy umožňují screening
raných stádií rakoviny prsu.

Přesto, ne všichni to dělají

nebo se rakovina prsu
u nich vyvine před věkem,

kdy je mamogram doporučován.

Stále je zde mnoho prostoru pro zlepšení

i pro rakoviny, kde screening je možný,

a samozřejmě pro ty, kde možný není.

Klíčovou výzvou výzkumu rakoviny

je vytvoření metod,

které pravidelný screening umožňují

pro mnoho typů rakoviny.

Představte si scénář, kde v rámci
pravidelné prohlídky

vám lékař odebere neinvazním způsobem
vzorek moči

nebo jinou tělní tekutinu

a ukáže vám výsledky ještě
než opustíte ordinaci.

Taková technologie by mohla dramaticky
zredukovat počet lidí,

kteří propadnou sítem při diagnostice
raných stádií rakoviny.

Můj výzkumný tým inženýrů a biochemiků

pracuje přesně na této výzvě.

Pracujeme na způsobech časté aktivace
upozornění na raná stádia rakoviny

pomocí pravidelného screeningu,
který začíná když je člověk zdravý,

takže je možné zareagovat ve chvíli,
kdy se rakovina objeví

a předtím než se vyvine
z počátečních fází.

Stříbrnou kulkou jsou v tomto případě
malé váčky,

malé únikové čluny pravidelně
rozšiřované buňkami, exozomy.

Exozomy jsou důležité biomarkery,

poskytující systém časného varování
při vývoji rakoviny.

A protože se hojně vyskytují
téměř v každé tělesné tekutině,

včetně krve, moči a slin,

jsou extrémně zajímavé
pro neinvazní tekuté biopsie.

Je zde ale jeden problém.

V současnosti není k dispozici
systém rychlého třídění

těchto významných biomarkerů.

Vyvinuli jsme technologii,
kterou nazýváme nano-DLD,

schopnou přesně tohoto:

automatizovaná izolace exozomů

pomáhající v rychlém zjištění rakoviny.

Exozomy jsou nejnovější zbraní
včasného varování,

objevených v oblasti tekutých biopsií.

A jsou opravdu velmi malé.

Měří od 30 do 150 nanometrů v průměru.

Jsou tak malé,

že by se jich vešlo milion
do jedné červené krvinky.

Je to přibližně rozdíl
mezi golfovým míčkem

a zrnkem písku.

Kdysi byly považovány za odpadkové koše
nežádoucího buněčného odpadu.

Bylo ale zjištěno,
že buňky spolu komunikují

produkcí a absorpcí těchto exozomů,

které obsahují povrchové receptory,

proteiny a další genetický materiál,
posbíraný z původních buněk.

Když jsou pohlceny sousední buňkou,

exozomy vypustí svůj obsah
do přijímající buňky

a uvedou do pohybu základní změny
genové exprese --

některé dobré,

některé špatné

a zde se objevuje rakovina.

Protože jsou zahaleny v materiálu
mateřské buňky

a obsahují vzorky svého okolí,

poskytují genetickou momentku
zdraví a původu buňky.

Všechny tyto kvality činí z exozomů
neocenitelné poslíčky,

kteří potenciálně dovolují lékařům

sledovat vaše zdraví na buněčné úrovni.

Abychom zachytili rakovinu včas
a určili původce,

způsobující v těle rakovinu,

kteří se chystají vyvolat převrat,

musíme tyto zprávy zachycovat často,

což je důvod, proč je
pravidelný screening kritický,

a důvod, proč vytváříme technologie,
které toto umožňují.

První diagnostika založená na exozomech
se na trhu objevila tento rok,

nejsou ještě běžnou součástí
lékařské praxe.

Kromě jejich nedávného objevení,

existuje ještě další faktor
limitující jejich široké přijetí,

a to že neexistuje v současnosti
automatický systém isolace exozomů,

který by učinil pravidelný screening
finančně dostupným.

Současný zlatý standard isolace exozomů

zahrnuje ultracentrifugaci,

proces vyžadující nákladné
laboratorní vybavení,

vyškoleného laboratorního technika

a asi 30 hodin na zpracování vzorku.

Přišli jsme s jiným přístupem
k dosažení automatické izolace exozomů

ze vzorku například moči.

Využíváme na čipech založenou separační
techniku nepřetržitého toku zvanou

deterministická laterální dislokace.

A udělali jsme s ní to,

co polovodičový průmysl dělal tak úspěšně
uplynulých 50 let.

Zmenšili jsme tuto technologii

z mikronové velikosti na nano velikost.

Takže jak to funguje?

Zjednodušeně,

sada malinkatých pilířů oddělených
nanoskopickými mezerami

uspořádaný způsobem,

který rozděluje tekutinu na proudnice,

a odděluje větší,
s rakovinou spojené nanočástice

pomocí procesu přesměrovávání
malých, zdravějších,

které se naopak mohou pohybovat

cik-cak okolo pilířů

ve směru toku tekutiny.

Výsledkem je úplné oddělení
těchto dvou populací částic.

Tento separační proces
si můžete představit

jako rozdělení provozu na dálnici
do dvou cest,

s jednou cestou vedoucí do tunelu
se sníženým stropem pod horou

a druhou, vedoucí okolo.

Zde menší auta jedou tunelem,

zatímco větší kamiony,
vezoucí potenciálně nebezpečný materiál,

jsou převedeny na okružní trasu.

Provoz je účinně oddělen
podle velikosti a obsahu

bez ovlivnění jeho toku.

A přesně tak v menším měřítku
funguje náš systém.

Separační proces pro screening

by měl být tak jednoduchý jako
odběr moči, krve nebo slin,

což je možné v krátkodobém horizontu
několika příštích let.

Nakonec může být použit pro izolaci
a detekci exozomů

spojených s určitým typem rakoviny,

pro vyhledání a detekci
jejich přítomnosti v minutách.

Což by rychlou diagnostiku
udělalo virtuálně bezbolestnou.

Obecně řešeno

schopnost oddělení a obohacení biomarkerů

zautomatizovaným způsobem
s přesností v nanoměřítku

otevírá dveře lepšímu pochopení
nemocí jako rakovina,

s aplikacemi v rozsahu
od přípravy vzorků až po diagnostiku

a od monitorování rezistence léků
k léčebným terapiím.

Ještě před rakovinou mé ženy

bylo mým snem vést
tento proces automatizace -

dosáhnout zpřístupnění
pravidelného screeningu podobně

jako Henry Ford zpřístupnil auto

běžným lidem

díky vyvinutí montážní linky.

Automatizace je klíčem k dostupnosti.

A v duchu Hooverova snu

"slepice v každém hrnci
a auto v každé garáži,"

vyvíjíme technologii,

která může nakonec zpřístupnit
systém včasné detekce rakoviny

každé rodině.

Poskytlo by to každému muži,
ženě i dítěti

možnost pravidelného testování,
zda jsou stále zdraví,

podchycení rakoviny,
když se poprvé objeví.

Je to má naděje a sen

pomoci lidem vyhnout se vysokým nákladům -

fyzickým, finančním a emocionálním -

kterým čelí pacienti s rakovinou,

obtíže, se kterými jsem dobře seznámen.

Jsem také rád, že mohu říci, že díky
brzkému podchycení rakoviny mé ženy,

byla její léčba úspěšná

a nyní je, díky bohu, bez rakoviny.

(potlesk)

Je to výsledek, který bych chtěl vidět
u každého s diagnózou rakoviny.

S prací, kterou již můj tým vykonal

na separaci nanočásticových biomarkerů

pro rychlou, brzkou diagnostiku rakoviny,

vidím nadějně, že v příští dekádě

bude tento typ technologie k dispozici,

pomáhat nám ochránit naše přátele,
rodiny a příští generace.

I když budeme mít tu smůlu,
že budeme diagnostikování s rakovinou,

upozornění v brzkých stádiích
bude svítit silným světlem naděje.

Děkuji vám.

(potlesk)