Нові нанотехнології для діагностування раку на ранній стадії

Що якби в кожному домі була система для виявлення раку на ранній стадії? Дослідник Джошуа Сміт розоробляє нанобіотехнологію "попередження раку", яка допомагає дослідити масштаб захворювання за допомогою спеціальних біомаркерів - екзосом. У своїй промові він розкриває новаторські ідеї та ділиться з нами мрією про революцію у виявленні та діагностиці раку, яка врешті, врятує життя.

"Ви хворі на рак".

На жаль, приблизно 40 відсотків
з нас почує ці слова протягом життя,

і для половини це скінчиться летально.

Це означає, що двом з п'яти ваших
найближчих друзів та родичів

поставлять діагноз рак,

і один із них не виживе.

Окрім психологічного тиску,

приблизно одна третина пацієнтів, які
вилікувалися від раку в США,

матимуть борги за лікування.

Вони щонайменше у два з половиною рази
частіше визнають себе банкрутами,

ніж ті, хто не хворів.

Ця хвороба повністю поглинає людину.

Вона емоційно виснажує

і багатьох

спустошує фінансово.

Але такий діагноз не має
прирікати на смерть.

Діагностика на ранніх стадіях,

якомога ближче до початку,

є одним із вирішальних факторів
вибору методу лікування,

що послаблює емоційний вплив

та скорочує витрати.

Найважливіше --

це рання діагностика,

яка є першочерговою метою
мого дослідження

і яка значно збільшує шанси вижити.

Якщо ми розглянемо захворювання
на рак молочної залози,

то побачимо, що при виявленні
і початку лікування на першій стадії

рівень виживання протягом
п'яти років становить близько 100 відсотків,

але шанси зменшуються лише до
22 відсотків на четвертій стадії.

Подібні тенденції простежуються при
колоректальному раку та раку яєчників.

Тепер ми усвідомлюємо, що рання
діагностика

вкрай необхідна для того,
щоб вижити.

Проблема в тому, що методи
діагностики інвазивні,

затратні,

часто неточні,

і потребують надзвичайно багато часу
для отримання результатів.

Ситуація ще гірша, коли ми маємо справу з

раком яєчників, печінки або
підшлункової залози,

для яких просто не існує
хороших методів скринінгу,

отже, людина не знає
про хворобу до прояву симптомів,

які вже свідчать
про запущену стадію.

Це наче раптовий наліт смерчу без
завчасного оповіщення,

без попередження про небезпеку,

про загрозу, яка вже на порозі, --

в такому випадку шанси на порятунок
значно зменшуються.

Маючи можливість регулярного
проведення скринінгу,

доступного, неінвазивного,
який оперативно надає результат,

ми отримаємо потужну зброю
у боротьбі з раком.

Вчасне попередження дасть нам змогу
успішно подолати хворобу,

а не просто стежити за її
безжалісним протіканням.

Це саме те, чим я займаюсь.

Протягом останніх трьох років
я розробляю технології,

які нарешті зможуть
допомогти лікарям

проводити своєчасну діагностику
раку на ранніх стадіях.

Я керувався глибокою науковою цікавістю

та палким бажанням змінити цю статистику.

Проте минулого року

ця боротьба набула
особистісного характеру -

у моєї дружини виявили рак
молочної залози.

Це спричинило сильний та неочікуваний
емоційний поштовх,

який вплинув на мою роботу.

З особистого досвіду я знаю,
який ризик для життя становить лікування

і повністю усвідомлюю, як
хвороба емоційно спустошує

всю родину,

а надто коли в ній - як у нашому випадку -
є двоє маленьких донечок.

Ми виявили хворобу на ранній стадії
під час планової маммограми

і змогли зосередитися, в першу чергу,
на методах лікування

локальних пухлин,

що знову підкреслює важливість
ранньої діагностики.

На відміну від діагностики
інших форм раку,

маммограма дає можливість виявити
рак молочної залози на ранній стадії.

Але не всі її проходять.

Також можливий
розвиток хвороби

ще до досягнення середнього віку,
рекомендованого для проведення маммограми.

Отже, багато що потрібно
вдосконалити

як для тих форм раку,
які надаються для скринінгу,

так - тим паче - для тих,
які для нього не надаються.

Головне завдання дослідників раку -

розробка методів,

за допомогою яких скринінг
різних форм раку стане

значно доступнішим.

Уявіть ситуацію, коли при
проведенні планового огляду

лікар може взяти
простий аналіз сечі

або біопсію іншої рідини

і видати вам результат одразу,
поки ви знаходитесь в його кабінеті.

Така технологія значно
скоротить кількість людей,

хвороба яких залишається
невиявленою на ранній стадії.

Моя команда дослідників,
інженерів та біохіміків

працює саме над цим завданням.

Ми розробляємо способи виявлення
раку на ранніх стадіях

за допомогою скринінгів, які проводяться,
коли людина здорова,

і дадуть змогу вживати заходів для зупинки
розвитку раку при його зародженні,

не даючи йому перетнути
ранню стадію розитку.

Чудодійним засобом тут є
крихітні везикули, --

це маленькі пухирці, так звані екзосоми,
які виділяються клітинами організму.

Екзсоми - важливі біомаркери,

які є завчасною системою оповіщення
для попередження розвитку раку.

Оскільки вони розповсюджені
у будь-якій рідині людського тіла --

у крові, сечі й лімфі,

їх зручно використовувати
для неінвазивної біопсії.

Є тільки одна проблема.

Автоматична система швидкого
сортування цих важливих біомаркерів

наразі нам не доступна.

Ми створили технологію
нано-DLD,

яка повністю здатна

автоматично відокремлювати екзосоми,

надаючи можливість
швидко поставити діагноз.

Екзосоми -- це найновіша зброя
швидкого реагування

при проведенні біопсії рідини.

Вони дійсно дуже-дуже маленькі.

Їх розмір становить від 30 до 150
нанометрів в діаметрі.

Вони настількі крихітні,

що в еритроциті їх може
поміститися близько мільйона.

Різниця - як між кулькою для гольфу

та піщинкою середнього розміру.

Вважалося, що вони є маленькими
резервуарами для відходів клітин,

поки не з'ясували, що клітини
насправді взаємодіють з ними,

утворюючи та поглинаючи екзосоми,

на поверхні яких розташовані рецептори,

що збирають білки та генетичний матеріал
клітини, від якої вони утворились.

Коли екзосоми поглинає
сусідня клітина,

вони переносять свій вміст
у ту клітину

і в такий спосіб можуть запустити
істотні зміни у вигляді гену -

іноді позитивні,

а у випадку виникнення раку -

негативні.

Оскільки вони знаходяться
у материнській клітині

і містять її зразок,

вони несуть генетичний зразок
здоров'я клітини та її походження.

Завдяки цьому екзосоми є
безцінними провідниками,

які потенційно дають змогу лікарям

стежити за вашим здоров'ям
на клітинному рівні.

Щоб виявити рак
на ранній стадії,

ви маєте регулярно
отримувати інформацію,

що дасть змогу виявити причини, які
спричиняють хворобу у вашому тілі,

щоб вчасно дати відсіч,

ось чому регулярний скринінг
надзвичайно потрібен,

і тому ми розробляємо технології,
що дають цю можливість.

Коли цьогоріч поставили перший
діагноз на основі дослідженні екзосом,

вони - екзосоми - ще не були одним із основних
показників в системі охорони здоров'я.

Крім того, що вони
з'явились нещодавно,

їх широке використання стримується

відсутністю автоматичної
системи ізоляції екзосом,

яка зробить скринінг
економічно доступним.

На сьогодні найвищий стандарт
ізоляції екзосом

включає в себе центрифугування, --

процес, який потребує
недешевого лабораторного обладнання,

технічної освіти персоналу

та приблизно 30 годин роботи
над одним зразком.

Ми опановуємо різні шляхи
розробки автоматичної ізоляції екзосом,

працюючи зі зразками сечі.

Ми використовуємо техніку безперервного
розподілу потоку на основі мікросхем

під назвою детермінований бічний зсув.

І ми вже зробили те,

що напівпроводникова промисловість робила
успішно протягом 50 років.

Ми скоротили розміри
технології

зі шкали мікронів
до шкали нано.

Отже, як це працює?

У кількох словах,

є набір крихітних стовпчиків,
роз'єднаних наноскопічними проміжками,

які розташовані так,

що система розподіляє
рідину на потоки,

в яких більші за розміром ракові
наночастинки відділяються

від менших, здорових частинок,
через процес перенаправлення.

Менші частинки можуть

кружляти навколо стовпчиків
зигзагоподібними рухами,

підпорядковуючись потоку рідини.

Кінцевим результатом є повне відокремлення
цих двох типів маленьких частинок.

Процес відокремлення можна уявити

як дорожній рух на трасі,
яка розгалужується на два шляхи -

один веде до темного тунелю під горою,

а інший спрямовується в об'їзд.

Тут маленькі автомобілі можуть
проїхати тунелем,

а більші вантажівки, які везуть
потенційно небезпечний матеріал,

змушені об'їзджати.

Учасники руху ефективно розділяються
за розміром та змістом

без затримки потоку.

Саме так працює наша система,
але на набагато меншому рівні.

Ідея полягає у тому, що процес
розподілу для скринінгу

має бути простий як процес
роботи зі зразками сечі, крові або лімфи,

що є у коротокостроковій перспективі
на декілька наступних років.

Зрештою, це може використовуватися
для ізоляції і визначення цільових екзосом,

які взаємодіють з певною формою раку,

визначаючи їх та повідомляючи про
наявність в лічені хвилини.

Це зробить швидке діагностування
практично безболісним.

Взагалі,

можливість відокремлювати
та збагачувати біомаркери

автоматизовано, дотримуючись
точності на нанорівні,

відкриває шлях до кращого розуміння
таких хвороб як рак,

від приготування зразків до діагностики,

від моніторингу стійкості і ліків
до терапії.

Перед тим, як моя дружина
захворіла на рак,

я мріяв про автоматизацію цього процесу

задля більшої доступності
проведення регулярного скринінгу,

подібно до того, як Генрі Форд зробив
автомобілі доступними

для різних верств населення,

впровадивши конвеєр.

Автоматизація - це ключ до доступності.

В дусі виборчого слогана Гувера -

"курча у кожній каструлі,
автомобіль у кожному гаражі" -

ми розробляємо технологію,

яка, врешті, зможе слугувати для
раннього виявлення раку

в кожному домі.

Це надасть кожному
чоловіку, жінці й дитині

можливість регулярного
тестування, коли вони здорові,

адже вони одразу отримають сигнал
про перші прояви раку.

Це моя надія та мрія --

допомогти людям з усього світу
уникнути втрат --

фізичних, фінансових та емоційних,

яких зазнають сьогодні
хворі на рак.

Це тягар, з яким я добре знайомий.

Також я радий, оскільки рак у моєї дружини
було виявлено на ранній стадії,

її лікування було успішне

і тепер, на щастя, вона здорова.

(Оплески)

Це той результат, який я хотів би бачити
у кожного пацієнта, хворого на рак.

Дивлячись на роботу,
виконану моєю командою

з відокремлення біомаркерів на нано-рівні

для швидкого дігностування
раку на ранніх стадіях,

я оптимістично дивлюсь
у наступні десять років,

коли ці технології стануть доступні

й допомогатимуть нашим друзям, родині
і прийдешнім поколінням.

Якщо нам не пощастило з тим,
що ми не застраховані від раку,

оповіщення на ранній стадії
стане маяком надії для людей.

Дякую.

(Оплески)