Nieuwe nanotechniek om kanker vroeg op te sporen

Wat als elk huis beschikte over een detectiesysteem voor het vroeg opsporen van kanker? Onderzoeker Joshua Smith ontwikkelt een nanobiotechnologisch 'kankeralarm' dat naar sporen van de ziekte scant met speciale biomarkers, exosomen genoemd. In deze vooruitstrevende talk deelt hij zijn droom mee over een methode die een revolutie zou kunnen betekenen voor de opsporing van kanker en uiteindelijk ook voor het redden van levens.

"Jij

hebt

kanker."

Ongeveer 40 procent van ons gaat
dit te horen krijgen tijdens hun leven

en de helft ervan zal het niet overleven.

Dit betekent dat twee van de vijf
van je beste vrienden en familie

wordt gediagnosticeerd
met een vorm van kanker,

en één zal eraan sterven.

Afgezien van de fysieke problemen

zal ongeveer een derde
van de kankeroverlevers hier in de USA

in de schulden geraken.

Ze maken meer dan dubbel
kans op een faillissement

dan mensen zonder kanker.

Deze ziekte beheerst je hele leven.

Ze is emotioneel uitputtend

en voor velen

een financiële ramp.

Maar een diagnose van kanker
hoeft geen doodvonnis te zijn.

De kanker vroeg opsporen,

dichter bij zijn ontstaan,

is een van de essentiële factoren
voor betere behandelingsopties,

het verminderen van het emotionele impact

en het minimaliseren
van de financiële lasten.

Nog belangrijker is

dat het vroeg vinden van kanker --

een van de belangrijkste doelstellingen
van mijn onderzoek --

je kansen op overleving sterk verbetert.

Als we alleen al naar
bijvoorbeeld borstkanker kijken,

dan zien we dat wie in de eerste fase
is gediagnosticeerd en behandeld

over een periode van vijf jaar
een overlevingskans van bijna 100% heeft.

Dat daalt tot slechts 22%
als ze behandeld worden in fase vier.

Soortgelijke trends worden gevonden
voor colorectale en eierstokkanker.

We weten dat een vroege accurate diagnose

van cruciaal belang is om te overleven.

Maar veel diagnostische methodes
voor kanker zijn invasief,

duur,

vaak onnauwkeurig

en het kan erg lang duren
voor je de resultaten krijgt.

Erger nog, voor sommige soorten kanker

zoals eierstokkanker,
lever- en alvleesklierkanker,

bestaan simpelweg
geen goede screeningmethoden,

wat betekent dat mensen vaak wachten
tot er lichamelijke klachten opduiken,

die zelf al tekenen zijn
van een latere fase.

Net zoals een tornado
ergens onverwacht kan toeslaan,

bestaat er geen vroeg alarmsysteem.

Je krijgt pas een verwittiging

als het gevaar er al is,

wanneer je kansen op overleving
sterk verminderd zijn.

Als er gemakkelijke en toegankelijke
screeningopties zouden bestaan

en ze betaalbaar
en niet-invasief zouden zijn,

zou dat veel sneller resultaten opleveren.

Dat zou ons een geducht wapen
in de strijd tegen kanker geven.

Een vroege waarschuwing zou ons
helpen om de ziekte voor te blijven

in plaats van door haar
op sleeptouw te worden genomen.

Dat is precies wat ik heb gedaan.

In de afgelopen drie jaar
heb ik technologieën ontwikkeld

die clinici uiteindelijk kunnen helpen

om kanker snel in een vroeg
stadium te diagnosticeren.

Ik werd gemotiveerd door een diepgaande
wetenschappelijke nieuwsgierigheid

en een passie om
deze statistieken te wijzigen.

Vorig jaar echter

werd deze strijd veel persoonlijker

toen bij mijn vrouw borstkanker
werd vastgesteld.

Het was een ervaring die een sterke
en onverwachte emotionele dimensie

toevoegde aan deze inspanningen.

Ik weet nu uit de eerste hand

welke impact die behandeling
op je leven kan hebben,

en ik ben me er scherp van bewust
welke emotionele ravage

die kanker in een gezin kan aanrichten,

in ons geval ook
voor onze twee jonge dochters.

Omdat we het vroeg ontdekten
door een routine-mammogram,

konden we ons vooral richten
op de behandelingopties

voor de gelokaliseerde tumor,

wat weer eens aantoonde
hoe belangrijk een vroege diagnose is.

In tegenstelling tot
andere vormen van kanker,

bieden mammogrammen een screeningoptie
voor een vroeg stadium van borstkanker.

Toch doet niet iedereen dat

of ze kunnen borstkanker ontwikkelen

vóór de aanbeveling voor een mammogram
in de middelbare leeftijd.

Er is dus nog veel ruimte
voor verbetering,

zelfs voor kankers met screeningopties,

en natuurlijk met aanzienlijke voordelen
voor die zonder die opties.

Een belangrijke uitdaging is
dan voor kankeronderzoekers

om methoden te ontwikkelen die regelmatige
screening op vele soorten kanker

veel toegankelijker maken.

Stelt u zich een scenario voor waar
tijdens je regelmatige controle,

je arts een eenvoudig, niet-invasief
urinemonster kan nemen,

of een andere vloeistofbiopsie,

en je de resultaten kan presenteren zelfs
voordat je de spreekkamer verlaat.

Een dergelijke technologie kan drastisch
het aantal mensen verminderen

die door het net van de diagnose
van een vroeg stadium van kanker glippen.

Mijn onderzoeksteam
van ingenieurs en biochemici

werkt aan precies deze uitdaging.

We werken aan manieren om regelmatig

een kankeralarm
in een vroeg stadium te activeren

door regelmatige screenings
terwijl men nog gezond is

zodat kanker in een vroeg stadium
kan worden gestopt,

voordat hij uit de kinderschoenen is.

Het wondermiddel hiervoor
zijn kleine blaasjes,

kleine pakketjes die constant
door cellen worden afgegeven

en exosomen worden genoemd.

Exosomen zijn belangrijke biomarkers.

Ze vormen een vroegtijdig
waarschuwingssysteem

voor de ontwikkeling van kanker.

Hun overvloedige aanwezigheid
in zowat elke lichaamsvloeistof,

met inbegrip van bloed, urine en speeksel,

maakt ze zeer interessant
voor niet-invasieve vloeibare biopsieën.

Er is maar één probleem.

Een geautomatiseerd systeem voor het snel
sorteren van deze belangrijke biomarkers

is momenteel niet beschikbaar.

Wij hebben een technologie
gecreëerd die we nano-DLD noemden

en die net dat kan doen:

geautomatiseerde exosoom-isolatie

voor een snelle diagnostiek van kanker.

Exosomen zijn het nieuwste
vroegtijdig waarschuwingssysteem

op het front van de vloeistofbiopsie,
zou je kunnen zeggen.

En ze zijn klein, heel klein.

Zij hebben een diameter van
slechts 30 tot 150 nanometer.

Dat is klein,

ongeveer één miljoen keer kleiner
dan een enkele rode bloedcel.

Dat is ongeveer het verschil
tussen een golfbal

en een korreltje zand.

Ooit werden ze beschouwd als kleine
pakjes ongewenst celafval.

Nu blijkt dat cellen
daadwerkelijk communiceren

door het produceren
en absorberen van deze exosomen.

Ze dragen oppervlaktereceptoren,

eiwitten en ander genetisch materiaal
verzameld uit hun cel van herkomst.

Na absorptie door een naburige cel

geven exosomen hun inhoud
af in de ontvangende cel

en brengen fundamentele veranderingen
in genexpressie teweeg --

sommige goed,

maar bij kanker

ook slechte.

Omdat ze met het materiaal
van de moedercel zijn bekleed,

en wat van haar omgeving meedragen,

bieden ze een genetische momentopname

van de gezondheid van die cel
en de herkomst ervan.

Al deze eigenschappen maken exosomen
tot waardevolle boodschappers

waardoor artsen

je gezondheid op cellulair niveau
in de gaten zouden kunnen houden.

Om kanker vroeg te kunnen vangen,

moet je deze berichten
echter vaak onderscheppen

om te bepalen wanneer kankerverwekkende
onruststokers in je lichaam

een staatsgreep willen gaan plegen.

Daarom is regelmatige
screening zo belangrijk

en waarom we technologieën
ontwikkelen om dit mogelijk te maken.

Terwijl de eerste op exosomen gebaseerde
diagnostiek dit jaar al op de markt kwam,

maakt het nog geen deel uit
van de reguliere gezondheidszorg.

Naast hun recente opkomst,

beperkt nog een andere factor
hun brede invoering,

namelijk dat momenteel
geen geautomatiseerd systeem

voor exosoom-isolatie bestaat

om regelmatige screening
economisch haalbaar te maken.

De huidige goudstandaard
voor exosoom-isolatie

omvat ultracentrifugatie,

een proces dat
dure laboratoriumapparatuur vereist,

alsook getrainde laboranten

en ongeveer 30 uur tijd
om een monster te verwerken.

Wij hebben een andere aanpak gevonden
voor geautomatiseerde exosoom-isolatie

uit bijvoorbeeld een urinemonster.

We maken gebruik van een chip-gebaseerde,
continue-stroom-scheidingstechniek

die 'deterministische
laterale verplaatsing' heet.

We deden het

zoals de halfgeleiderindustrie het
de afgelopen 50 jaar zo succesvol deed.

We verkleinden de afmetingen
van deze technologie

van microschaal tot echte nanoschaal.

Hoe werkt het nu?

In een notendop:

een verzameling van kleine pijlers
gescheiden door nanoscopische spleten

zodanig aangebracht

dat het systeem de vloeistof
in stroomlijnen verdeelt,

waarbij de grotere
kankergerelateerde nanodeeltjes

door een proces van omleiding

van de kleinere,
gezondere gescheiden worden.

Deze kunnen dan

in een soort zigzagbeweging
rond de pijlers bewegen

in de richting van de vloeistofstroming.

Het nettoresultaat is

een volledige scheiding
van deze twee deeltjespopulaties.

Je kunt dit scheidingsproces visualiseren

als verkeer op een weg
die in twee wegen splitst,

met een weg die door een lage tunnel
onder een berg loopt

en de andere die eromheen gaat.

Kleinere auto's kunnen door de tunnel gaan

terwijl de grotere vrachtwagens
met potentieel gevaarlijk materiaal,

worden gedwongen
om de omleidingsroute te nemen.

Het verkeer wordt effectief
gescheiden naar omvang en inhoud

zonder de doorstroming te belemmeren.

Dit is precies hoe ons systeem
werkt op een veel, veel kleinere schaal.

Het idee is dat het scheidingsproces
voor screening

zo simpel kan zijn als het verwerken
van een monster urine, bloed of speeksel.

Dat wordt mogelijk de komende jaren.

Uiteindelijk kan het worden gebruikt

voor het isoleren
en detecteren van doel-exosomen

geassocieerd met een bepaald type kanker,

waardoor de aanwezigheid ervan
binnen enkele minuten

kan worden vastgesteld en gerapporteerd.

Dit zou een snelle diagnose
vrijwel pijnloos maken.

In grote lijnen opent de mogelijkheid

om biomarkers te scheiden en te verrijken

met nanoschaalprecisie
op een geautomatiseerde manier,

de deur naar een beter begrip
van ziekten zoals kanker,

met toepassingen variërend
van monstervoorbereiding tot diagnostiek

en van het monitoren van
geneesmiddelresistentie tot therapieën.

Nog voordat mijn vrouw vocht met kanker,

droomde ik ervan om de automatisering
van dit proces te vergemakkelijken --

regelmatige screening
toegankelijker te maken,

ongeveer zoals Henry Ford
de auto toegankelijk maakte

voor Jan Modaal

door de ontwikkeling van de lopende band.

Automatisering is
de sleutel tot toegankelijkheid.

In de geest van de droom van Hoover --

"Een kip in elke pot
en een auto in elke garage" --

ontwikkelen we nu een technologie

die uiteindelijk een detectiesysteem
voor vroegtijdige waarschuwing van kanker

in elk huis kan brengen.

Dit zou elke man, vrouw en kind
de mogelijkheid geven

regelmatig te worden getest
terwijl ze nog gezond zijn,

om kanker in een vroeg stadium
op te sporen.

Het is mijn hoop en droom

om mensen over de hele wereld
te helpen de hoge kosten te voorkomen --

fysiek, financieel en emotioneel --

waarmee de huidige kankerpatiënten
te maken krijgen,

problemen die ik maar al te goed ken.

Ik ben ook blij te kunnen melden dat,

omdat we de kanker bij mijn vrouw
vroeg konden opsporen,

haar behandeling succesvol was

en ze is nu, gelukkig, vrij van kanker.

(Applaus)

Het is een resultaat dat ik voor iedereen

met een diagnose van kanker
zou willen zien.

Met het werk dat mijn team al heeft gedaan

over de scheiding
van biomarkers op nanoschaal

voor een snelle diagnostiek
van kanker in een vroeg stadium,

ben ik optimistisch
dat binnen de komende tien jaar,

dit soort technologie beschikbaar zal zijn

om onze vrienden, onze familie
en toekomstige generaties te beschermen.

Zelfs als we de pech hebben
om te worden gediagnosticeerd met kanker

zal dat alarm in een vroeg stadium
een sterk baken van hoop bieden.

Dank je.

(Applaus)