Új nanotechnológia a rák korai fölismerésére

Mi lenne, ha minden háztartásban ott volna egy rákelőrejelző rendszer? Joshua Smith kutató nano-biotechnológiai "rák-riasztó" fejlesztésén dolgozik, amely a betegség nyomait kémleli különleges biomarkerek segítségével. Ezeket exoszómáknak nevezzük. Gondolatébresztő előadásában Joshua beszél álmáról, nevezetesen: hogyan forradalmasíthatjuk a rák kimutatását, és ezzel hogyan menthetünk életeket.

"Ön rákos".

Sajnos, kb. 40%-unk élete során
meghallja e két szót,

és közülük a fele nem éli túl.

Ez azt jelenti, hogy tíz barátunk
vagy rokonunk közül négynél

valamilyen rákot állapítanak meg.

Közülük kettő belehal.

A testi bajokon túlmenően

az USA-ban a rákos túlélők kb. harmada

a kezelések miatt eladósodik.

Ők legalább két és félszer
gyakrabban mennek tönkre,

mint a nem rákosak.

E betegség súlyos,

érzelmileg kimerítő,

és sokakat

anyagilag romlásba dönt.

De a rák diagnózisának
nem kell halálos ítéletnek lennie.

A rák fölismerése

keletkezése korai szakaszában

egyike a kezelési esélyek növelése,

az érzelmi hatás csökkentése

s az anyagi terhek minimalizálása
döntő tényezőinek.

A legfontosabb,

hogy a korai fölismerés,

amely kutatásaim egyik elsődleges célja,

nagyban növeli a beteg túlélési esélyét.

Ha pl. az emlőrákot tekintjük,

kiderül, hogy az I. stádiumban
diagnosztizált és kezelt betegek

ötéves túlélési esélye közel 100%-os.

Ha a IV. stádiumban veszik kezelésbe,
az arány 22%-ra csökken.

Hasonló az arány a vastagbélrák
és a petefészekrák esetén.

Mindenkinek világos,
hogy a pontos korai diagnózis

döntő a túlélés szempontjából.

Az a baj, hogy sok
rákdiagnosztikai eszköz invazív,

költséges,

gyakran pontatlan,

és gyötrően sokáig tarthat,
amíg a leletet megkapjuk.

Még ennél is rosszabb,
hogy egyes ráktípusoknál,

pl. a petefészek-, máj-
vagy hasnyálmirigyráknál

egyszerűen nincs jó szűrési módszer.

A betegek ezért gyakran
a testi tüneteikből tudják meg,

hogy már az utolsó stádiumban vannak.

Mint a tornádó, csap le
előzetes figyelmeztetés nélkül:

nincs figyelemfelhívó riasztás,

amely jelezné a közelgő veszélyt,

hogy a túlélési esély jócskán csökkent.

Ha lenne kényelmes, elérhető
rendszeres szűrési lehetőségünk,

amely megfizethető, nem invazív
és hamarabb adna eredményt,

hatékony fegyverhez jutnánk
a rák elleni küzdelemben.

A korai riasztással
megelőzhetnénk a betegséget,

ahelyett, hogy csak követnénk
könyörtelen kialakulását.

Pontosan ezzel foglalkozom.

Az utóbbi három évben
olyan technológiákat fejlesztek,

amelyek segíthetnek a klinikusoknak

a rák korai és gyors diagnosztizálásában.

Tudományos kíváncsiságom
és szenvedélyem ad erőt

e statisztika megváltoztatásához.

De tavaly e küzdelembe

személyes tényező is vegyült,

amikor feleségemnél
emlőrákot állapítottak meg.

Ez a diagnózis erős és váratlan
érzelmi tényezőt adott hozzá

erőfeszítéseimhez.

Első kézből tudom, életünket
mennyire megváltoztatja a kezelés,

és a rák mekkora érzelmi pusztítással

terheli a családot,

amelynek esetünkben
két lánygyermek is tagja.

Mivel rutin mammográfia útján
korán fölismertük,

elsődlegesen a megtalált
daganat kezelési lehetőségeire

koncentrálhattunk,

s ez ismét megerősítette
a korai fölismerés fontosságát.

Egyéb ráktípusoktól eltérően

a mammográfia alkalmas
az emlőrák korai szűrésére.

Mégsem szűreti magát minden nő,

vagy kifejlődhet náluk az emlőrák

még a középkorúaknak
javasolt szűrés előtt.

Van még lehetőség a fejlesztésre,

még azoknál a típusoknál is,
amelyek szűrhetők,

és jelentős javulás érhető el
azoknál is, amelyek nem.

A rákkutatók előtt álló fő feladat,

hogy sokkal elérhetőbb
módszereket dolgozzanak ki

több ráktípus

rendszeres szűrésére.

Tegyük föl, hogy rendszeres
vizsgálatuk alatt

orvosuk egyszerű, nem invazív
vizeletmintát

vagy más folyadékmintát vesz,

és megvan a lelet még azelőtt,
hogy elhagynák a rendelőt.

Egy ilyen technológia lényegesen
csökkentené azoknak a számát,

akiknél csak későn ismerik föl a rákot.

Mérnökökből és biokémikusokból
álló kutatócsoportom

pont ezen a feladaton dolgozik.

Olyan módszeren dolgozunk,
amely gyakran működteti a korai riasztást

a személy egészséges időszakában
kezdődő rendszeres szűrés útján.

Így a rák a keletkezésekor,

még elburjánzása előtt megállítható.

Esetünkben a csodafegyvert
azok az apró hólyagok,

pici mentőkabinok, az exoszómák jelentik,
melyeket a sejtek szoktak kibocsátani.

Az exoszómák fontos biomarkerek,

amelyek korai jelzőrendszerként
a rák megjelenésére figyelmeztetnek.

Mivel minden testnedvben

– beleértve a vért, vizeletet és nyálat –
bőségesen megtalálhatók,

különösen vonzók a nem invazív
folyadékbiopszia számára.

Ezzel csak egy a gond.

Még nem léteznek e fontos biomarkerek
gyors kimutatására alkalmas

automatizált rendszerek.

Csináltunk egy nano-DLD-nek
nevezett rendszert, technológiát,

amely pont erre alkalmas:

automatizált exoszóma-elkülönítésre

gyors rákdiagnosztika céljából.

Az exoszómák, mondhatni,

a folyadékbiopsziában megjelenő
új előrejelző fegyverek.

Nagyon picik.

Átmérőjük 30–150 nanométer.

Olyan pirinyók,

hogy egymilliónyi elhelyezhető
belőlük egy vörösvérsejtben.

Méretük úgy aránylik egymáshoz,

mint a golflabdáé a homokszeméhez.

Valaha azt hitték róluk, hogy ezek
sejthulladékok szemetesvödrei.

Kiderült, hogy a sejtek az exoszómák
képzésével és elnyelésével

beszélgetnek egymással;

az exoszómák felületi receptorokat,
fehérjéket

és genetikai anyagokat is tartalmaznak;
ezeket eredeti sejtjeikből hozzák.

Amikor a szomszéd sejt elnyeli őket,

az exoszómák a fogadó sejtbe
öntik tartalmukat,

és a génkifejeződésben
alapvető változásokat idéznek elő –

jó irányút vagy

– itt kerül képbe a rák –

rossz irányút.

Mivel az anyasejt anyagába vannak öltözve

és annak környezetét tartalmazzák,

genetikai pillanatfelvételt adnak a sejt
egészségi állapotáról és eredetéről.

E tulajdonságaik miatt az exoszómák
fölbecsülhetetlen értékű hírnökök,

amelyekkel az orvosok

majd sejtszinten fürkészhetik ki
egészségi állapotunkat.

A rák korai földerítéséhez viszont

gyakran le kell hallgatni az üzeneteket,

hogy megállapítsuk, mikor okoz
bajt szervezetünkben a rák,

mikor kell támadnunk:

ezért fontos a rendszeres szűrés,

ezért fejlesztjük az erre
alkalmas technológiát.

Bár 2016-ban az első exoszómaalapú
diagnosztikák megjelentek a piacon,

egészségügyi alkalmazásuk
még nem általános.

Nem régi megjelenésük mellett

még egy tényező korlátozza
kiterjedt alkalmazásukat.

Mégpedig, hogy nincs még automatizált
exoszóma-elkülönítő rendszer,

amely a rendszeres szűrést
kifizetődővé tenné.

A jelenlegi exoszóma-elkülönítő
rendszerbe beletartozik

az ultracentrifugálás folyamata,

amelyhez drága laboreszköz kell,

szakképzett laboráns

és kb. 30 óra a minta földolgozására.

Mi más megoldást dolgoztunk ki
az exoszóma automatizált elkülönítésére,

pl. vizeletmintából.

Ehhez csipalapú folyamatos áramlási
elkülönítési technikát használunk.

A neve: determinisztikus
laterális kiszorítás.

Azt tettük vele,

amit a félvezetőipar oly
sikeresen tett az elmúlt 50 év alatt.

Összezsugorítottuk a technikát

mikroléptékűről nanoléptékűre.

Hogy működik?

Röviden:

a seregnyi pici oszlop között nanoméretű
hézagok vannak olyan elrendezésben,

hogy a rendszer

a folyadékot áramvonalasan
szétválaszthassa.

A nagyobb, rákhoz kötődő nanorészecskék

a terelés következtében elválnak
a kisebb, egészséges részecskéktől,

amelyek viszont az oszlopok között

cikkcakkban haladhatnak

a folyadékáramlás irányában.

Ennek eredménye a kétféle
részecskepopuláció teljes elkülönítése.

Az elkülönítés folyamata ahhoz hasonló,

mint mikor az autópályán a forgalom
két sorra válik szét,

az egyik út hegyen átmenő
szűk alagútba vezet,

a másik megkerüli a hegyet.

A kisebb kocsik át tudnak
menni az alagúton,

de a nagyobb, esetleg veszélyes anyagot
szállító teherautók

kénytelenek kerülőt tenni.

A forgalom méret és rakomány
szerint hatékonyan különválik,

a járműfolyam feltartása nélkül.

A mi rendszerünk pont így működik,
de lényegesen kisebb léptékben.

Az ötlet ebben az, hogy a szűréshez
szükséges elkülönítés oly egyszerű lehet,

mint a vizelet-, vér-
vagy nyálminta bevizsgálása,

s ez a közeli évek mindennapos lehetősége.

Végül ez alkalmas lehet meghatározott
ráktípushoz kötött, célzott exoszómák

elkülönítésére és kimutatására,

s jelenlétük percek alatt
érzékelhető és megállapítható.

Ez gyors, fájdalommentes
diagnózist tesz lehetővé.

Általában véve,

a biomarkerek elkülönítésének
s dúsításának lehetősége –

mindez nanoléptékű pontossággal
és automatikusan –

utat nyit a betegségek, köztük a rák
jobb megértéséhez

a mintaelőkészítéstől a diagnosztikán,
a gyógyszerérzékenységen keresztül

a kezelésig bezárólag.

Még feleségem rákkal való küzdelme előtt

a folyamat automatizálásáról álmodoztam,

hogy elérhetőbbé tegyem
a rendszeres szűrést,

ahhoz hasonlóan, ahogy Henry Ford
az autót tette elérhetővé

a nagyközönség számára

a futószalag-termelés bevezetésével.

A hozzájutás kulcsa az automatizálás.

Herbert Hoover szellemében

("csirkét minden fazékba,
s autót minden garázsba")

olyan technológiát fejlesztünk,

amely végül korai előrejelző
rendszert juttathat

mindenki otthonába.

Ez megadná a lehetőséget mindenki számára,

hogy rendszeresen, még
egészségesen tesztelje magát,

és kialakulásakor elcsípje a rákot.

Ezt remélem, erről álmodom,

hogy segítsek az embereknek
elkerülni a csillagászati költségeket –

fizikaiakat, anyagiakat és érzelmieket –,

amelyekkel a ma betegei szembesülnek,

és az általam jól ismert nehézségeket.

Boldogan mondom el, hogy feleségem
kezelése a rák korai felismerése miatt

sikeres volt,

és ma, hála istennek, rákmentes.

(Taps)

Ezt az eredményt kívánom mindenkinek,
akit rákkal diagnosztizáltak.

Csapatomnak a korai
rákdiagnózis érdekében

a nanoléptékű biomarkerek

elkülönítése terén végzett munkája

reményt ad rá,
hogy a következő évtizedben

az efféle technológia elérhető lesz,

és segít barátainkat, családunkat
és a jövő nemzedéket megvédeni.

Ha olyan pechesek vagyunk,
hogy rákot állapítanak meg nálunk,

a korai jelzőrendszer
erős reménysugarat jelent.

Köszönöm.

(Taps)