این ذره کوچک می‌تواند در بدن شما به جستجوی تومورها بپردازد

در فضایی که برای یک ترانزیستور لازم بود، حالا می‌توانیم یک میلیارد جا دهیم. همین باعث شده که کامپیوتری کهبه اندازه یک اتاق بزرگ بود حالا در جیب شما جا می‌شود. ممکن است بگویید آینده کوچک است.
به عنوان یک مهندس، من از این انقلاب کوچک سازیدر کامپیوترها الهام می‌گیرم. به عنوان یک پزشک، کنجکاوم بدانم آیا می‌توان از آن برای کاهش تعداد قربانیان در حال رشدترین بیماری روی زمین راهی یافت: سرطان. حالا که این را می‌گویم، اکثر مردم می‌شنوند که ما داریمروی درمان سرطان کار می‌کنیم. و همین طور هم هست. اما مشخص شده است که فرصتی شگفت‌انگیزبرای نجات زندگی‌های بسیاری از طریق تشخیص زود هنگامو جلوگیری از سرطان وجود دارد.
در سطح جهانی بیش از دو سوم مرگ و میربه دلیل سرطان با استفاده از روش‌هایی که همین امروز هم در اختیار ما است،کاملا قابل پیش گیری هستند. چیزهایی مثل واکسیناسیون، بررسی منظم و البته ترک سیگار. اما حتی با بهترین ابزارهاو فناوری امروزی هم بعضی تومورها را نمی‌توان تشخیص داد مگر اینکه ۱۰ سال از رشد آنها گذشته باشد، وقتی که ۵۰ میلیون سلول سرطانی قدرتمند به وجود آمده است. چه می‌شد اگر فناوری بهتری داشتیم تا بعضی از این سرطان‌های کشنده رازودتر تشخیص دهیم، زمانی که می‌توان آنها را از بین برد، وقتی که تازه در حال شکل گرفتن هستند؟
اجازه بدهید توضیح دهم چطورکوچک سازی، ما را به آنجا خواهد رساند. این یک میکروسکوپ در آزمایشگاهی معمولی است که یک آسیب شناس با آنبه نمونه بافت نگاه می‌کند، مثل نمونه برداری از بافت زنده یانمونه دهانه رحم. این میکروسکوپ ۷٫۰۰۰ دلاری توسط فردی با سالها آموزش تخصصیمورد استفاده قرار می‌گیرد تا سلول‌های سرطانی را تشخیص دهد. این تصویر ساخته یکی از همکارانمدر دانشگاه رایس است، ربکا ریچاردز- کورتوم. کاری که او و گروهش انجام دادندکوچک سازی آن میکروسکوپ بزرگ به این قطعه ۱۰ دلاری بود، و این روی انتهای یک فیبر نوری جا می‌شود. حالا این یعنی به جای نمونه برداری از بیمار و فرستادن آن زیر میکروسکوپ، می‌توانید میکروسکوپ را پیش بیمار بیاورید. و سپس به جای نیاز به متخصصبرای مشاهده عکس‌ها، می‌توانید به کامپیوتر بیاموزید تا سلول‌های سالم را از سرطانی تشخیص دهد.
حالا این مهم است، چون آنها با کاردر جوامع روستایی متوجه شدند، که هرچند یک خودرو آزمایش متحرک دارند که می‌تواند به آن جوامع وارد شودو آزمایش‌ها را انجام دهد و نمونه‌ها را جمع آوری کند و آنها را برای تحلیل به بیمارستان مرکزی بفرستد، اما چند روز بعد، خانم‌هایی که یک تماس برای باخبر شدناز جواب غیرعادی آزمایش دریافت می‌کنند و از آنها خواسته می‌شودکه حضوراً مراجعه کنند. نصف بیشتر آنها پیدایشان نمی‌شودچون از پس مخارج سفر بر نمی‌آیند. با میکروسکوپ کوچک شده و تحلیل کامپیوتری، ربکا و همکارانش موفق به ساخت خودرویی شدند که علاوه بر تجهیزات تشخیصتجهیرات درمان را هم دارد. و این یعنی آنها می‌توانندتشخیص را انجام دهند و درمان را در محل ارائه کنند، در نتیجه هیچ کس جا نخواهد ماند.
این تنها مثالی است از اینکه چطورکوچک سازی باعث نجات جان‌ها می‌شود. حالا به عنوان مهندس، ما به این به عنوانکوچک سازی حقیقی نگاه می‌کنیم. چیز بزرگی را برمی‌دارید و آن را کوچک می‌کنید. اما چیزی که درباره کامپیوترها به شما گفتم این بود که وقتی به اندازه‌ای کوچک شدندکه می‌شد آنها را همه جا با خود برد، زندگی ما را تغییر دادند. بنابراین تحول معادل آندر پزشکی چه خواهد بود؟ خوب، چه می‌شد اگر یک ردیاب داشتیم که آن قدر کوچک بودکه در بدن شما حرکت می‌کرد، و خودش تومور را پیدا می‌کرد و بعد علامتی به دنیای خارج می‌فرستاد؟ کمی شبیه داستان‌های علمی تخیلی است. اما در واقع، نانو تکنولوژی به ما این امکان را داده است. فناوری نانو به ما این امکان را داده است تاابعاد قطعه حاوی ردیاب را از ضخامت موی انسان یعنی ۱۰۰ میکرون، هزار بار کوچک‌تر کنیم یعنی ۱۰۰ نانومتر. و این پیامدهای عمیقی دارد.
مشخص شده است که خواص مواد واقعا در ابعاد نانو تغییر می‌کنند. ماده‌ عادی مثل طلا را در نظر بگیرید، وقتی آن را به شکل غبار خرد کنیم،و به ذرات نانو تبدیل کنیم، رنگ آن از طلایی به قرمز تغییر می‌کند. اگر ماده‌ای عجیب تر مثل سلنید کادمیوم را بردارید -- به شکل یک بلور بزرگ و سیاه است -- اگر آن را به کریستال‌های نانو تبدیل کنید و آن را در یک مایع قرار دهید، و به آن نور بتابانید، درخشان می‌شوند. و نور آبی، سبز، زرد، نارنجیو قرمز ساطع می‌کنند که تنها به ابعاد ذرات آن بستگی دارد. عجیب است! می‌توانید چیزی مثل آن رادر دنیای ابعاد ماکرو تصور کنید؟ مثل این است که تمام شلوارهای جین شمادر کمدتان نخی باشند، اما رنگ آنها فقط با تغییراندازه‌شان تغییر کند.
(خنده)
خوب به عنوان یک پزشک، چیزی که همین قدر برای من جالب است فقط رنگ مواد نیست که در ابعاد نانو تغییر می‌کند؛ بلکه طرز حرکت آنهادر بدن شما هم تغییر می‌کند. و این گونه‌ای از مشاهده است که ما برای ساختن ردیاب بهتر سرطانمی‌خواهیم از آن استفاده کنیم.
خوب اجازه بدهید نشان دهم که منظورم چیست. این یک شریان خون در بدن است. اطراف این شریان یک تومور قرار دارد. می‌خواهیم ذرات نانو را به شریان تزریق کنیم و ببینیم چطور از رگ به درون تومور نفوذ می‌کنند. اکنون مشخص شده است که رگ‌های خیلی از تومورها نشتی دارند، پس ذرات نانو می‌تواننداز جریان خون به درون تومور نفوذ کنند. اینکه به بیرون نشت کنند یا نهبه اندازه آنها بستگی دارد. خوب در این عکس، ذرات کوچک‌تر صد نانومتری، با رنگ آبی در حال نشت کردن هستند، و ذرات بزرگتر ۵۰۰ نانومتری،با رنگ قرمز در جریان خون گیر افتاده‌اند. خوب به عنوان یک مهندس این یعنی با توجه به اینکه چقدر یک ذره را کوچک کنیم، من می‌توانم مقصد آن رادر بدن شما تغییر دهم.
در آزمایشگاه من، ما به تازگییک ردیاب سرطان نانو ساخته‌ایم که به اندازه‌ای کوچک است که می‌تواند در بدن به جستجوی تومور بپردازد. آن را برای گوش کردن به تهاجم تومور طراحی کرده‌ایم: ارکستری از سیگنال‌های شیمیاییکه تومورها برای انتشار خود تولید می‌کنند. برای اینکه یک تومور بتواند از بافتی کهدر آن به وجود آمده خارج شود باید مواد شیمیایی به نام آنزیم تولید کند تا به جدار خارجی بافت‌ها نفوذ کند. ما این ذرات نانو را طوری طراحی کرده‌ایمکه با این آنزیم‌ها فعال می‌شوند. یک آنزیم می‌تواند هزارتا از این واکنش‌هایشیمیایی را در یک ساعت فعال کند. حالا در مهندسی، ما به آن می‌گوییم  گونه‌ای از تشدید با نسبت یک به هزار، و این چیزی فوق حساس را به وجود می‌آورد. خوب پس ما یک ردیاب سرطانفوق حساس ساخته‌ایم.
خیلی خوب، اما حالا چطور این سیگنالفعال شده را به دنیای خارج بفرستیم، جایی که بتوانیم بر اساس آن عمل کنیم؟ برای این کار، گونه دیگری از زیست شناسی نانو را مورد استفاده قرار می‌دهیم، و این مربوط به کلیه خواهد بود. کلیه یک صافی است. کار آن تصفیه خون وقرار دادن ضایعات در ادرار است. مشخص شده است که آنچه کلیه تصفیه می‌کند وابسته به اندازه هم هست. خوب در این عکس، چیزی که می‌توانید ببینید این است که هر چیزی کوچکتر از پنج نانومتر از خون خارج می‌شود و از طریق کلیهبه ادرار وارد می‌شود، و همه چیزهای بزرگتر باقی می‌مانند. خیلی خوب، پس اگر من یک ردیاب سرطان ۱۰۰ نانومتری بسازم، و آن را به جریان خون تزریق کنم، می‌تواند به تومور نفوذ کندآنجا با آنزیم‌های تومور فعال می‌شود و علامت‌های کوچکی آزاد می‌کند که به اندازه کافی کوچک هستند تابوسیله کلیه تصفیه شده و با ادرار خارج شوند. حالا علامتی در دنیای خارج دارمکه می‌توانم آن را ردیابی کنم.
خیلی خوب، اما مشکل دیگری هم هست. این یک علامت خیلی کوچک است، پس چطور باید آن را ردیابی کنم؟ خوب، سیگنال تنها یک مولکول است. آنها مولکول‌هایی هستند که مابه عنوان مهندس طراحی کرده‌ایم. آنها کاملا مصنوعی هستند،و ما می‌توانیم آنها را طوری طراحی کنیم که با ابزارهای منتخب ما سازگار باشند. اگر بخواهیم از یک ابزار خیلی حساس و دقیق استفاده کنیم که نام آن طیف سنج جرمی است، می‌توانیم مولکولی با جرم خاص بسازیم. یا شاید بخواهیم از چیزی ارزان‌ترو قابل حمل استفاده کنیم. پس مولکول‌های می‌سازیم که می‌توانیم آنها را روی کاغذ به دام بیاندازیم، مثل تست حاملگی. در واقع، کاغذهای آزمایش دنیایی دارند که در زمینه‌ای به نام تشخیص کاغذیدر حال توسعه هستند.
خیلی خوب، می‌خواهیم با این به کجا برسیم؟ چیزی که می‌خواهم در ادامه به شما بگویم، به عنوان کسی که یک عمر محقق بوده، یکی از رویاهای مرا نمایان می‌کند. نمی‌توانم بگویم که این یک قول است؛ این یک رویا است. اما من فکر می‌کنم همه ما باید رویاهایی داشته باشیم تا ما را جلو ببرند، حتی -- و شاید مخصوصا --محققان سرطان.
می‌خواهم به شما بگویم که امیدوارمچه اتفاقی برای فناوری من بیافتد، که من و گروهم قلب و روحمان را بر سر تحقق آن گذاشته‌ایم. خوب، این است. رویای من این است که روزی، به جای رجوع به تجهیزات گران قیمت نمونه برداری مثل کلونوسکپی، یا ماموگرافی، یا پاپ اسمیر بتوانید یک تزریق دریافت کنید، ساعتی منتظر بمانید، و روی یک نوار کاغذی ادرار کنید. من حتی تصور می‌کنم این کار می‌تواند بدون نیاز به برق ثابت، یا حضور متخصص در اتاق انجام شود. شاید آنها بتوانند از فاصله دوری تنها با تصویری در گوشی هوشمندبه بیمار متصل شوند.
می‌دانم که یک رویا به نظر می‌رسد، اما همین حالا در آزمایشگاه این کار رادر موش‌ها انجام داده‌ایم، و از روش‌های موجود برای تشخیص سرطان ریه، روده بزرگ و تخمدانبهتر عمل کرده است. و امیدوارم این به آن معنی باشد که روزی بتوانیم تومورها را در بیماران پیش از آنکه ۱۰ سال از رشد آنها گذشته باشدتشخیص بدهیم، در تمام طبقات جامعه، و در سراسر جهان، و با تشخیص زود هنگام، درمان به موقع می‌تواند موجبنجات جان‌های بیشتری از آنچه امروز اتفاق می‌افتد بشود.
متشکرم.
(تشویق)