探测癌症早期的纳米科技

如果每家每户都有一个癌症早期探测系统会怎样？研究员约书亚·史密斯正在研发纳米生物科技“癌症警报”，通过检验生物标记外泌体来追寻疾病轨迹。在这个思想前卫的演讲中，他向我们分享了革命性的癌症探测方法以及挽救生命的梦想。

“你患上了癌症。”

不幸的是，大约有百分之四十的人
在他们的一生中会听到这几个字，

这些人中的一半最终不治身亡。

这意味你的亲朋好友中 ，
五个有两个

会被诊断出某种癌症，

其中一个会死去。

除了身体上的痛苦之外，

美国差不多三分之一的癌症幸存者

会因为治疗负债累累，

他们申报破产的几率

是没有得过癌症的人的2.5倍。

这种疾病随处可见。

它使人承受感情上的痛苦，

对很多人来说，

会对财政状况带来毁灭性的影响。

但是被诊断为癌症
并不是死亡判决书。

越早发现，

越靠近它的发生和起源，

就有越多治疗手段可以采取，

减少精神冲击，

并且最小化经济负担。

最重要的是，

尽早发现癌症——

这就是我研究的根本目标——

极大增加了存活下来的可能。

如果拿乳腺癌来举例，

我们发现在第一阶段
诊断并治疗的患者，

几乎全部都能继续生活五年以上——

如果停留到第四阶段才开始治疗，
该事件的几率就只有22%。

在结肠癌和卵巢癌中也存在相似的规律。

现在，我们都知道，
在早期得到准确的检测结果

是存活的决定性因素。

问题在于，很多检验癌症的工具
会对患者带来很大伤害，

价格昂贵，

经常不准确，

并且它们耗时很久。

更不好的是，对于某些癌症，

比如说卵巢癌、肝癌和胰腺癌，

我们甚至缺少有效的检测手段，

这意味着人们只能等到病情表露时，

这同时也意味着病情已经进入晚期。

就好像飓风来之前没有有效的预警，

癌症没有警告信号，

因为在你的生存几率被大幅降低的同时，

危险已经近在咫尺。

因此，我们必须要尽快研发出一种

方便可行、能够负担且
不会造成伤害的常规检验方式，

这种检验方式就是我们对抗癌症的强大武器。

提早发现能够使我们在治疗中抢占先机

而非仅仅追赶它的步伐，

这就是我一直以来尝试去做的。

在过去的三年中，

我一直在研发能够为诊疗师带来

早期、即时癌症诊疗的科技。

促使我坚持下去的是强烈的科学好奇心，

以及改变现有数据的激情。

去年，

当我的妻子被诊断出乳腺癌时，

这种奋斗增加了更多的个人因素。

这个经历为我的研究增加了

空前强烈的感情维度。

我亲身经历了治疗手段对人生轨迹的改变，

并且我十分清楚它带来的精神灾难，

癌症会使圆满的家庭经历浩劫，

对我们来说，还包括了两个年幼的女儿。

因为我们在定期乳房检查中及早发现，

我们能够采取各种治疗手段，

定位肿瘤，

又一次是使我意识到早期诊断的重要性。

与其他癌症种类不同，

乳房X光为乳腺癌提供了一种早期的检查方式。

但并非所有人都会接受检查，

或者她们在中年之前，
也就是推荐接受检查的时间，

就已经患上乳腺癌。

所以，我们还有很大前进的空间，

即便是那些有检查方式的癌症，

另外，这对发现当今未知的诊断手法
也有极大的作用。

对癌症研究者最重要的挑战在于

找到一种可行的，

能够用于

多种癌症检查的途径。

想象一下，在常规体检中，

医生能够简单地取一份尿液样本，

或者其他一份活细胞样本，

在你离开诊所之前就能够给你结果。

这样一种科技能够极大程度上减少

错过早期诊断的人数。

我研究队伍中的工程师和生化学家，

就在向该目标努力。

我们想要找到一种能够频繁触发
早期癌症诊断的方式，

在人们仍处于健康状态时
就开始定期检查，

所以一旦产生癌症征兆，
人们就可以马上采取行动，

而不是等到过了初期治疗阶段。

这里的杀手锏是一种极小的囊泡，

是一种名为外泌体的
由细胞发散的茧状物。

外泌体作为重要的生物标记

在癌症发展过程中起到了早期警告作用。

因为它们在体液中大量存在，

包括血液、尿液和唾液，

它们可以被用于
不对人体造成伤害的活组织检查。

但是有一个问题。

能够将生物标记快速分类的

自动机制当下并不存在。

我们称这个科技为nano-DLD，

它的功能是：

通过自动的将外泌体分离，

实现快速癌症诊断。

外泌体是出现在活体细胞中

最新发现的早期预警武器。

它们十分微小。

它们的直径仅仅是30到150纳米。

它们太小，

以至于你能够在一个红细胞里放一百万个。

差不多是一个高尔夫球

和一粒沙子大小的区别。

虽然它们曾经被认为是储存细胞废物的容器，

但有发现证明 ，
细胞通过

产生和吸收外泌体进行沟通交流，

因为外泌体里面含有表面接收器，

蛋白质和从产生细胞中收集的遗传信息。

当被临近的细胞吸收之后，

外泌体会将内部物质释放出来，

造成大幅度的遗传信息改变——

有些是好的，

有些是不好的，

这就是癌症的成因。

因为它们被包裹在母细胞里，

并且包含一份环境样本，

它们为细胞的健康和起源
提供了一份参考信息。

这些特质使得它们
成为有效的信息来源，

让医生发现了

去从细胞层面检测健康水平的可能性。

但是要想尽早发现癌症，

你必须要频繁拦截查看这些信息，

看体内的致癌物质，

有没有打算发生癌变，

这也是为什么定期体检十分重要，

以及为什么我们要发展
能够察觉癌症的科技。

第一个外泌体检验
仅仅是今年才在市场上出现，

它们还不是体检的主流选择。

除了出现的时间过短以外，

另外一个影响普及的因素是

现在还没有发现合适的
自发分离系统，

来降低定期检查的价格。

当下外泌体分离的最佳途径，

比如超速离心法，

这个过程需要昂贵的实验器材，

经过专业培训的技术人才，

以及差不多30个小时来
处理一份样本。

我们想到了一种不同的途径达到同样的目的，

利用一份样本，比如尿液。

我们使用芯片基础的流动分离技术，

这个技术名为确定性侧向位移。

通过这种技术我们达到了

半导体产业过去50年试图达到的目标。

我们将这种技术的维度

从微米降到了真正的纳米。

它的工作原理是什么呢？

简单来说，

许多之间有纳米级空隙的极小柱子，

组成一种能将

流体分离开的形式，

在这种模式下 ，
与癌症相关的纳米粒子

会在改道过程中与较小的健康粒子分开，

比较之下，

健康的粒子会顺着流向，

在柱子周围沿着Z字形移动。

最后就得到完全分开的两种粒子。

你能够直观地看到这个分离过程，

就好像高速路上的车分成两路一样，

一条路连到低高度的穿山隧道，

另一条绕过山脉。

小车可以走隧道，

带有危险品的卡车

就只能绕路。

通过区分大小和负载的物质种类，
在不影响车流的前提下

交通就有效地被分离了。

把这缩小很多倍，
就得到我们的系统的工作原理。

这里用到的理念是，
癌症检查用到的分离

可以只是简单地分析尿液、血液或者唾液，

这是在很近的未来就有希望解决的问题。

我们希望
最终能够用这种手段分离出

与特定癌症相关的外泌体，

并且在几分钟之内就生成检验结果。

这样就能够使快速检验完全无痛。

大体来说，

有了自动化的途径以及纳米层面的精准

分离的手段与对生物标记的使用，

为我们打开了解癌症等疾病的大门，

这种技术有各种各样的应用，
从样品准备到诊断学，

从抗药性检测到治疗学。

在我妻子患上癌症之前，

实现检验自动化就是我的梦想——

希望能使得常规检查更加亲民，

就像是亨利·福特

通过发展流水线，

让汽车能够进入平常百姓的生活。

自动化是实现亲民的根本。

就好像胡佛之梦的中心，

“炖锅里有鸡肉，车库里有汽车，”

我们在发展的这项技术

最终能够将早期癌症检测系统

带给每个人。

这能够给男性、女性和小孩

在健康时就开始定期检测的机会，

在癌症的萌芽阶段及时采取措施。

我的希望和梦想，

就是帮助全世界的人
省去高昂的开支——

以及免去癌症患者所面对的——

我十分熟悉的

物质、经济和精神灾难。

我还想高兴地告诉大家，
因为我们发现得早，

我妻子的癌症治疗十分有效，

万幸，她现在已经被完全治愈。

（掌声）

对于每一个癌症患者，
我都希望能看到同样的结果。

对于我们正在进行的

快速、早期癌症诊疗的

纳米生物标记分离的研究结果，

在接下来十年中，

我相信这种技术一定会被实现，

被用来保护我们的朋友、家人和子孙后代。

即便我们不幸被诊断出癌症，

早期诊断会带来更大治愈的希望。

谢谢大家。

（掌声）