Una nuova nanotecnologia per diagnosticare tempestivamente il cancro

E se tutti avessero a casa propria uno strumento per diagnosticare tempestivamente il cancro? Il ricercatore Joshua Smith sta sviluppando una nanobiotecnologia che cerca tracce della malattia in degli speciali biomarcatori chiamati esosomi. In questa geniale discussione condivide con noi il suo sogno su come si potrebbe rivoluzionare la diagnostica in ambito oncologico e salvare vite umane.

"Lei ha un cancro."

Purtroppo circa il 40 per cento di noi
se lo sentirà dire una volta nella vita,

e la metà non sopravviverà.

Ciò significa che a due su cinque dei vostri
amici più cari o parenti

verrà diagnosticata una qualche
forma di tumore,

e uno ne morirà.

Oltre ad avere disagi fisici,

quasi un terzo di chi sopravvive
al cancro negli Stati Uniti

si indebiterà per pagare le cure.

Queste persone hanno più del doppio
delle probabilità di andare in bancarotta

di chi non ha il cancro

Questa malattia è pervasiva.

Ti prosciuga emotivamente

e, per molti,

anche finanziariamente.

Ma una diagnosi di tumore non significa
sempre una sentenza di morte.

Diagnosticarlo tempestivamente,

agli esordi,

è essenziale per migliorare le possibilità
di trattamento

riducendo l'impatto emotivo

e quello monetario.

Ma soprattutto

Prevenire il cancro -

- uno degli scopi primari
della mia ricerca-

aumenta le probabilità
di sopravvivere

Prendiamo l'esempio del cancro al seno:

se viene diagnosticato e trattato
allo stadio 1

c'è una probabilità di sopravvivenza
a cinque anni vicina al 100 per cento -

la percentuale scende al 22 per cento
se viene trattato allo stadio 4.

Andamenti simili si riscontrano anche
nel cancro del colon-retto e ovarico.

Ecco, sappiamo tutti che un'accurata
diagnosi precoce

è fondamentale per sopravvivere.

Il problema è che molti metodi
diagnostici sono invasivi,

costosi,

spesso imprecisi,

e ci può volere moltissimo tempo
prima di ottenere dei risultati.

O ancora peggio, per certe forme
di tumore,

come quello alle ovaie, al fegato
o al pancreas,

non esistono nemmeno dei metodi
di screening affidabili,

il che significa che spesso bisogna
attendere l'insorgenza dei sintomi,

che indicano però che il cancro è
già in fase avanzata.

Come un tornado che colpisce una zona
senza un sistema di allerta,

nemmeno in questi casi c'è un allarme,

perché il pericolo è già alle porte

quando le aspettative di vita
si sono ridotte enormemente.

Avere a disposizione
degli screening periodici

non troppo cari, non invasivi e più rapidi

significherebbe essere in possesso

di una potente arma
per combattere il cancro.

Un avviso precoce ci permetterebbe
di anticipare la malattia

invece di seguirla solo
nel suo sviluppo inesorabile.

Questo è esattamente ciò che sto facendo.

Negli ultimi tre anni ho sviluppato
delle tecnologie

che possono essere d'aiuto ai medici

nel diagnosticare il cancro
rapidamente al suo esordio.

Sono stato spinto
dalla mia profonda curiosità per la scienza

e dalla volontà di cambiare
queste statistiche.

L'anno scorso però

la lotta è diventata
molto personale.

A mia moglie è stato trovato
un cancro al seno.

È stata un'esperienza che ha aggiunto
una dimensione emotiva forte e inattesa

ai miei sforzi.

So per esperienza quanto la terapia
possa cambiarti la vita,

e sono profondamente consapevole
dello sconforto totale

che il cancro può causare a una famiglia,

e nel nostro caso
includendo le nostre due figlie.

Poiché diagnosticato in tempo
con una mammografia di routine

abbiamo potuto concentrarci subito
sulle opzioni terapeutiche

per il tumore localizzato,

a riprova di quanto sia importante
una diagnosi precoce.

Diversamente che per alti tumori

la mammografia è molto utile per
diagnosticare in tempo il cancro al seno.

Tuttavia, molte persone
non la fanno

o sviluppano un
cancro al seno

prima dell'età a cui viene
raccomandata la mammografia.

C'è quindi ancora molto da fare

sia per i tumori
che hanno esami di screening,

sia per trarre benefici
per quelli che non ne hanno.

La sfida chiave per i ricercatori
in ambito oncologico

è sviluppare metodi

che rendano lo screening
per vari tipi di cancro

molto più accessibile.

Immaginate un normale checkup in cui

il vostro medico prende un semplice
campione delle urine, non invasivo,

o un'altra biopsia liquida,

e che vi dia i risultati
prima ancora che lasciate il suo studio.

Una tecnologia del genere potrebbe
ridurre moltissimo il numero di persone

che sfuggono ai controlli
che permettono una diagnosi precoce.

Il mio team di ricerca
di ingegneri e biochimici

sta lavorando proprio su questo.

Stiamo cercando un modo per lanciare
un allarme per il cancro in fase precoce

attraverso screening regolari
che cominciano quando si è sani

in modo tale da poter bloccare
la malattia nel momento in cui insorge,

prima che possa progredire oltre.

Il segreto in questo caso starebbe
in delle vescicole minuscole,

delle piccole capsule emesse regolarmente
dalle cellule chiamate esosomi.

Gli esosomi sono
dei biomarcatori importanti

che rappresentano un sistema d'allarme
per un cancro in fase iniziale.

Siccome sono abbondantemente presenti
in quasi tutti i fluidi corporei,

compresi sangue, urine e saliva,

sono perfetti per essere rilevati
con biopsie non invasive.

C'è un unico problema.

Un sistema automatizzato per smistare
questi importanti biomarcatori

non è ancora stato realizzato.

Noi abbiamo sviluppato una tecnologia
chiamata nano-DLD

che è in grado di fare questo:

isolamento automatizzato di esosomi

per facilitare una diagnosi tempestiva
di cancro.

Gli esosomi sono la nuova frontiera
della diagnostica in fase precoce

ottenuti grazie
ad una biopsia liquida.

E sono davvero molto, molto piccoli.

Misurano appena 30-150 nanometri
di diametro.

Sono così piccoli

che un solo globulo rosso ne potrebbe
contenere un milione.

È circa la differenza
tra una palla da golf

e un granellino di sabbia.

Ritenuti un tempo dei piccoli cassonetti
per rifiuti cellulari indesiderati,

è stato scoperto che le cellule
in realtà comunicano

producendo e assorbendo questi esosomi

che contengono dei recettori superficiali,

proteine e altro materiale genetico
della loro cellula d'origine.

Quando vengono assorbiti
da una cellula vicina,

gli esosomi vi rilasciano
il loro contenuto

che può mettere in moto
dei cambiamenti nell'espressione genica -

alcuni positivi e,

qui entra in gioco il cancro,

alcuni negativi.

Visto che gli esosomi sono formati
da materiale della cellula madre,

e contengono il
campione dell'ambiente

forniscono un'immagine genetica
della salute e dell'origine della stessa

Tutte queste qualità rendono
gli esosomi preziosi messaggeri

che consentono ai medici

di sbirciare la condizione di salute
a livello cellulare.

Per prevenire un tumore, però

bisogna intercettare con frequenza
questi messaggi

per determinare quando dei fattori
cancerogeni, nel tuo corpo,

hanno deciso di tentare un attacco;

ed è per questo che uno screening
regolare è fondamentale

e che stiamo sviluppando tecnologie
per renderlo possibile.

Siccome i primi metodi diagnostici basati
su esosomi sono vendibili da quest'anno,

non sono ancora entrati a far parte
dei protocolli medici di routine.

Oltre alla loro recente nascita,

un altro fattore che ne limita
l'adozione su larga scala

è che al momento non c'è nessun sistema
automatizzato per l'isolamento di esosomi

che renda lo screening
economicamente accessibile.

Il regime standard attuale
per l'isolamento degli esosomi

richiede l'ultracentrifugazione,

un processo che necessita
di macchinari costosi,

un tecnico di laboratorio

e quasi 30 ore per analizzare
un campione.

Abbiamo ottenuto un approccio diverso
per realizzare l'isolamento automatizzato

da un campione come le urine.

Utilizziamo una tecnica di separazione
a flusso continuo basata su microchip

che si chiama trasferimento laterale
deterministico.

E siamo riusciti a farne

quello che l'industria dei semiconduttori
fa con successo da 50 anni.

Abbiamo ridimensionato
questa tecnologia

dalla scala dei micron
a quella nei nanometri.

Come funziona?

Per farla breve,

un insieme di minuscole colonne
separate da spazi nanoscopici

sono disposte in modo tale

da dividere il fluido in linee di flusso,

così che le nanoparticelle più grandi,
legate al tumore, si separino

tramite un processo di allontanamento
da quelle sane, più piccole,

che invece riescono

a muoversi a zig-zag
tra le colonnine

nella direzione del fluido.

Il risultato è una netta divisione
tra questi due tipi di particelle.

Si potrebbe dire che questo processo

è simile al traffico che si incanala
in due strade,

una che va in un tunnel basso
dentro a una montagna

e l'altra che ci gira intorno.

Le macchine piccole possono
attraversare il tunnel,

mentre i camion, che portano
materiale potenzialmente pericoloso,

devono prendere l'altra strada.

Il traffico viene quindi separato
per dimensione e contenuti

pur continuando a scorrere.

Il nostro sistema funziona proprio così,
su una scala molto, molto più piccola.

L'idea è che il processo di separazione
per lo screening

potrebbe diventare semplice come
quello usato per urine, sangue o saliva,

il che è una possibilità concreta
per i prossimi anni.

Infine, potrebbe essere utilizzato
per isolare e trovare esosomi bersaglio

associati a tipi particolari di tumore,

rilevandone la presenza in pochi minuti.

Questo renderebbe la diagnosi precoce
praticamente indolore.

In generale,

la capacità di separare e arricchire
i biomarcatori

con precisione su scala nanometrica
e in modo automatico

apre le porte a uno studio più
approfondito di malattie come il cancro,

con applicazioni che vanno dal preparare
i campioni, alla diagnostica, al controllo

di resistenza ai farmaci,
alla terapeutica.

Ancor prima
che mia moglie si ammalasse

era il mio sogno quello di facilitare
l'automatizzazione del processo -

per rendere lo screening regolare
più accessibile,

così come Henry Ford aveva reso
l'automobile accessibile

all'intera popolazione

sviluppando la catena di montaggio.

L'automazione è la chiave
per l'accessibilità.

E nello spirito del sogno americano,

"del pollo in ogni tavola
e una macchina in ogni garage",

sviluppiamo una tecnologia

che potrebbe mettere a disposizione
un sistema di diagnosi precoce

in ogni casa.

Ciò permetterebbe ad uomo,
donna o bambino

di essere regolarmente monitorato
mentre è ancora sano,

e di rilevare un tumore ai suoi esordi.

Per me è una speranza, un sogno

quello di aiutare le persone nel mondo
ad evitare il costo elevato -

in termini fisici, monetari ed emotivi -

che affrontano i malati di cancro,

difficoltà che ho imparato
a conoscere bene.

Sono felice di dire che con la diagnosi
tempestiva del cancro di mia moglie

le cure hanno funzionato

e lei ora, grazie al cielo, è guarita.

(Applausi)

È un risultato che vorrei
potessero ottenere tutti.

Con il lavoro che il mio team ha già fatto

dividendo i biomarcatori nanometrici

per una diagnosi rapida e precoce,

credo che davvero,
entro un decennio,

questa tecnologia sarà disponibile,

aiutandoci a proteggere i nostri amici,
familiari e le generazioni future.

Se anche dovessimo avere la sfortuna
di vederci diagnosticare un cancro,

quel sistema di allarme precoce
ci procurerà grande speranza.

Grazie.

(Applausi)