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TEDGlobal 2013

Mark Kendall: Demo: A needle-free vaccine patch that's safer and way cheaper

マーク・ケンドル: デモ: より安全で低コストな注射針を使わないワクチン・パッチ

June 19, 2013

注射針と注射器の発明から160年後も私達はワクチン投与の際に使っていますが、進化の時です。生物医学工学者のマーク・ケンドルがナノパッチのデモンストレーションします。ナノパッチは1cmX1cmの正方形型ワクチンで、痛みを伴うことなく皮膚に貼れます。この小さなシリコン片が、低コストで現在の注射針と注射器の4大欠点をいかにして克服したのかを説明します。

Mark Kendall - Biomedical engineer
Mark Kendall aims to shake up how vaccines are delivered with the Nanopatch. Full bio

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Double-click the English subtitles below to play the video.
It's a pleasure to be here
注射針と注射器の発祥地
00:12
in Edinburgh, Scotland,
ここスコットランド エディンバラで
00:13
the birthplace of the needle and syringe.
お話できることを嬉しく思っています
00:15
Less than a mile from here in this direction,
こちらの方角で
ここから1.6 kmも離れていない場所で
00:18
in 1853 a Scotsman
1853年 あるスコットランド人が
00:21
filed his very first patent on the needle and syringe.
初めて注射針と注射器の特許を申請しました
00:23
His name was Alexander Wood,
彼の名前はアレキサンダー・ウッドで
00:25
and it was at the Royal College of Physicians.
英国内科医師会で申請しました
00:28
This is the patent.
これがその特許です
00:31
What blows my mind when I look at it even today
今日使われている注射針と
00:34
is that it looks almost identical
大差ないことに
00:36
to the needle in use today.
非常に驚かされました
00:39
Yet, it's 160 years old.
それから160年経ちました
00:40
So we turn to the field of vaccines.
ここでワクチンについて考えて見ましょう
00:44
Most vaccines are delivered with
160年前と変わらぬ器具を使ってワクチンを
00:46
the needle and syringe,
this 160-year-old technology.
注射針と注射器で投与します
00:49
And credit where it's due -- on many levels,
いろんな意味で ワクチンは
00:53
vaccines are a successful technology.
成功した技術だと言えます
00:55
After clean water and sanitation,
清潔な水や公衆衛生とともに
00:58
vaccines are the one technology that has increased
ワクチンは最も寿命を延ばすことのできる
01:02
our life span the most.
技術です
01:07
That's a pretty hard act to beat.
これを超えるのはかなり難しいことです
01:09
But just like any other technology,
しかし 他の技術と同じように
01:12
vaccines have their shortcomings,
ワクチンにも欠点があるのです
01:13
and the needle and syringe
注射針と注射器は
01:15
is a key part within that narrative --
欠陥の大きな部分を占めています
01:18
this old technology.
古い技術なのです
01:20
So let's start with the obvious:
当たり前のことですが
01:23
Many of us don't like the needle and syringe.
注射針や注射器が好きでない人は多いです
01:25
I share that view.
気持ちは分かります
01:29
However, 20 percent of the population
然るに 20%の人が
01:31
have a thing called needle phobia.
注射針恐怖症なのです
01:34
That's more than disliking the needle;
注射針が嫌いというレベルを超え
01:36
that is actively avoiding being vaccinated
注射針恐怖症のため 積極的に
01:38
because of needle phobia.
ワクチン接種を避けようとするのです
01:40
And that's problematic in terms
of the rollout of vaccines.
これがワクチンの展開での問題となるのです
01:42
Now, related to this is another key issue,
また これに関連した主要な問題に
01:46
which is needlestick injuries.
針刺し損傷があります
01:48
And the WHO has figures
世界保健機関の統計によると
01:51
that suggest about 1.3 million deaths per year
年間約130万人が
01:53
take place due to cross-contamination
針刺し損傷による
01:57
with needlestick injuries.
二次汚染で死亡しています
01:59
These are early deaths that take place.
早過ぎる死の原因なのです
02:00
Now, these are two things that
you probably may have heard of,
これら2つの問題を
ご存じの方もおられるでしょう
02:03
but there are two other shortcomings
でも まだ聞いたことのないような
02:06
of the needle and syringe you
may not have heard about.
注射針と注射器の欠点が
あと2つあるのです
02:08
One is it could be holding back
1つ目は 免疫反応において
02:10
the next generation of vaccines
次世代ワクチンを
02:12
in terms of their immune responses.
阻害する可能性があることと
02:14
And the second is that it could be responsible
2つ目は低温流通の問題を生み出している
02:16
for the problem of the cold chain
that I'll tell you about as well.
可能性があるのです
02:19
I'm going to tell you about some work
私のチームがオーストラリアの
02:24
that my team and I are doing in Australia
クイーンズランド大学で行っている
02:25
at the University of Queensland
4つの問題に対処する技術の
02:27
on a technology designed to
tackle those four problems.
研究に関しお話しします
02:29
And that technology is called the Nanopatch.
それはナノパッチという技術です
02:33
Now, this is a specimen of the Nanopatch.
これがナノパッチの見本です
02:38
To the naked eye
肉眼では
02:44
it just looks like a square
切手よりも小さい
02:46
smaller than a postage stamp,
正方形のように見えます
02:48
but under a microscope
しかし 顕微鏡で見ると
02:51
what you see are thousands of tiny projections
人間の目には見えない
02:54
that are invisible to the human eye.
何千もの小さな突起が見えます
02:56
And there's about 4,000 projections
注射針と比べると この正方形には
02:58
on this particular square compared to the needle.
約4,000もの小さな突起があるのです
03:00
And I've designed those projections
私はこれら突起が皮膚の免疫系と一緒に
03:03
to serve a key role, which is to
work with the skin's immune system.
作用するよう設計しました
03:06
So that's a very important function
それは ナノパッチと結び付いた
03:10
tied in with the Nanopatch.
とても重要な機能です
03:12
Now we make the Nanopatch
深掘り反応性イオンエッチング
03:14
with a technique
という技術で
03:16
called deep reactive ion etching.
ナノパッチを制作します
03:19
And this particular technique
is one that's been borrowed
この特殊な技術は
03:21
from the semiconductor industry,
半導体産業から借用したので
03:23
and therefore is low cost
低コストで
03:25
and can be rolled out in large numbers.
量産することができます
03:26
Now we dry-coat vaccines to
the projections of the Nanopatch
ナノパッチの突起に 乾燥ワクチンを付けて
03:29
and apply it to the skin.
肌に貼り付けます
03:34
Now, the simplest form of application
指を使えば とても簡単に
03:36
is using our finger,
貼れますが
03:40
but our finger has some limitations,
ちょっとした制約もあるので
03:42
so we've devised an applicator.
貼付機器を作ってみました
03:45
And it's a very simple device --
それはとても単純なもので
03:47
you could call it a sophisticated finger.
精緻な指とでも言えます
03:48
It's a spring-operated device.
ばね仕掛けになっています
03:50
What we do is when we apply
the Nanopatch to the skin as so --
このようにナノパッチを肌に貼ります
03:53
(Click) --
(カチッ)
03:57
immediately a few things happen.
貼った直後から作用します
03:59
So firstly, the projections on the Nanopatch
まず初めに ナノパッチの突起が
04:02
breach through the tough outer layer
固い皮膚の表皮を貫いて
04:06
and the vaccine is very quickly released --
ワクチンが素早く投与されます
04:08
within less than a minute, in fact.
実際 1分もかかりません
04:10
Then we can take the Nanopatch off
そして ナノパッチを剥がして
04:12
and discard it.
捨てます
04:15
And indeed we can make
a reuse of the applicator itself.
貼付機器は再利用可能です
04:17
So that gives you an idea of the Nanopatch,
ナノパッチの概念と
04:23
and immediately you can see some key advantages.
主要なメリットをすぐに
ご理解いただけたと思います
04:25
We've talked about it being needle-free --
ナノパッチは針を必要とせず
04:28
these are projections that you can't even see --
目に見えない突起を使うのです
04:30
and, of course, we get around
もちろん注射針恐怖症の問題も
04:32
the needle phobia issue as well.
避けられます
04:34
Now, if we take a step back and think about
これ以外の2つの重要なメリットについて
04:37
these other two really important advantages:
考えてみましょう
04:39
One is improved immune
responses through delivery,
1つ目は注射の際の免疫反応の改善
04:42
and the second is getting rid of the cold chain.
そして2つ目は低温流通の解消です
04:46
So let's start with the first one,
this immunogenicity idea.
まずは1つ目の免疫原性から始めましょう
04:50
It takes a little while to get our heads around,
頭を回転させるのに
少し時間がかかるので
04:52
but I'll try to explain it in simple terms.
やさしい言葉で説明します
04:54
So I'll take a step back and explain to you
ワクチンがどのように作用するのか
04:58
how vaccines work in a simple way.
簡単に説明します
05:00
So vaccines work by introducing into our body
ワクチンは体内に安全な病原菌
05:03
a thing called an antigen
つまり 抗原と呼ばれる物質を
05:06
which is a safe form of a germ.
取り込ませることで作用します
05:08
Now that safe germ, that antigen,
安全な病原菌 つまり抗原により
05:11
tricks our body into mounting an immune response,
人体に免疫反応を引き起こし
05:13
learning and remembering
how to deal with intruders.
病原菌にどのように対処するのかを
学ばせたり 記憶させたりします
05:17
When the real intruder comes along
体内に本当の病原菌が侵入したとき
05:21
the body quickly mounts an immune response
体は直ちにワクチンで準備された
05:23
to deal with that vaccine
免疫反応を引き起こし
05:25
and neutralizes the infection.
感染を抑止します
05:26
So it does that well.
だから 効果があるのです
05:28
Now, the way it's done today
with the needle and syringe,
今日でも注射針と注射器が使われています
05:30
most vaccines are delivered that way --
この従来の技術と針で
05:32
with this old technology and the needle.
大抵のワクチンが投与されるのです
05:35
But it could be argued that the needle
is holding back our immune responses;
注射針が免疫反応を阻止している
という異論もあります
05:36
it's missing our immune sweet spot in the skin.
皮膚の中の免疫力の高い所を
分かっていないのです
05:42
To describe this idea,
この考え方を説明するために
05:45
we need to take a journey through the skin,
皮膚について調べる必要があります
05:48
starting with one of those projections
皮膚にナノパッチを貼った場合
05:51
and applying the Nanopatch to the skin.
その突起の1つから始めてみると
05:53
And we see this kind of data.
このようなデータが得られます
05:56
Now, this is real data --
これは本当のデータです
05:58
that thing that we can see there is one projection
皮膚に貼ったナノパッチからの突起の1つが
06:00
from the Nanopatch that's been applied to the skin
画面に映されており
06:02
and those colors are different layers.
細胞層が色分けしてあります
06:05
Now, to give you an idea of scale,
分かりやすく大きさを示すと
06:07
if the needle was shown here, it would be too big.
注射針がここにあるなら
大きすぎるのです
06:08
It would be 10 times bigger
画面のサイズより10倍大きく
06:10
than the size of that screen,
going 10 times deeper as well.
10倍深いのです
06:11
It's off the grid entirely.
全然画面には収まりません
06:14
You can see immediately that we
have those projections in the skin.
皮膚の中に突起があるのはすぐに分かります
06:16
That red layer is a tough outer layer of dead skin,
赤い層は角質の堅い外層ですが
06:20
but the brown layer and the magenta layer
茶色の層と赤紫の層には
06:23
are jammed full of immune cells.
免疫細胞が詰まっています
06:25
As one example, in the brown layer
例として この茶色の層には
06:28
there's a certain type of cell
called a Langerhans cell --
ランゲルハンス細胞という免疫細胞が
06:30
every square millimeter of our body
私たちの体表面のあらゆる部分に
06:33
is jammed full of those Langerhans cells,
大量に含まれています
06:35
those immune cells, and
there's others shown as well
またこの画像では染色されていませんが
06:38
that we haven't stained in this image.
他の免疫細胞もあります
06:40
But you can immediately see that the Nanopatch
ナノパッチが
06:42
achieves that penetration indeed.
正しく差し込まれたことが分かるでしょう
06:44
We target thousands upon thousands
of these particular cells
皮膚の表面から
06:46
just residing within a hair's width
毛髪の太さほどの深さまでにある
06:49
of the surface of the skin.
何千もの特定の細胞を標的にしています
06:51
Now, as the guy that's invented
this thing and designed it to do that,
さて ナノパッチを考案した者として
06:55
I found that exciting. But so what?
この結果に私はワクワクするのですが
でもそれが 何なのででしょうか?
06:58
So what if you've targeted cells?
細胞を標的にしたからと言って
何なのでしょうか?
07:02
In the world of vaccines, what does that mean?
ワクチンの世界で
どういう意味があるのでしょうか?
07:04
The world of vaccines is getting better.
ワクチンの世界は日々進化しており
07:07
It's getting more systematic.
体系化が進んでいます
07:09
However, you still don't really know
しかし 腕まくりをして
07:11
if a vaccine is going to work
ワクチンを接種してから
07:13
until you roll your sleeves up
しばらくたたないと
07:15
and vaccinate and wait.
効果があるか分からないのです
07:16
It's a gambler's game even today.
今日でさえ ある種の賭けなのです
07:18
So, we had to do that gamble.
それで賭けをしなければならなかったのです
07:21
We obtained an influenza vaccine,
インフルエンザワクチンを入手しました
07:23
we applied it to our Nanopatches
ワクチンをナノパッチに塗ってから
07:26
and we applied the Nanopatches to the skin,
皮膚に貼り
07:28
and we waited --
効果を待ちました
07:30
and this is in the live animal.
生きた動物で試しました
07:32
We waited a month,
これが 1カ月待った
07:34
and this is what we found out.
研究結果です
07:35
This is a data slide showing the immune responses
これは ナノパッチを使った場合と
07:37
that we've generated with a Nanopatch
注射針と注射器で
筋肉内注射をした場合の
07:40
compared to the needle and syringe into muscle.
免疫反応の比較グラフです
07:42
So on the horizontal axis we have
the dose shown in nanograms.
横軸はナノグラムの用量で
07:46
On the vertical axis we have
the immune response generated,
縦軸は免疫反応です
07:49
and that dashed line indicates
the protection threshold.
破線は保護の閾値です
07:52
If we're above that line it's considered protective;
破線より上なら 保護されています
07:58
if we're below that line it's not.
破線より下なら 保護されていません
08:00
So the red line is mostly below that curve
大部分の赤い線はこの線よりも下にあり
08:03
and indeed there's only one point that
is achieved with the needle that's protective,
一つの点だけが注射針で
保護を達成できたのです
08:05
and that's with a high dose of 6,000 nanograms.
しかもそれは6,000ナノグラム
という高用量でです
08:09
But notice immediately the distinctly different curve
青い線が全く異なった曲線を
08:12
that we achieve with the blue line.
描いていることは一目瞭然です
08:15
That's what's achieved with the Nanopatch;
それがナノパッチの成果です
08:18
the delivered dose of the Nanopatch is
ナノパッチの投与用量は
08:20
a completely different immunogenicity curve.
まったく異なった免疫原性の曲線を示しています
08:21
That's a real fresh opportunity.
とても新鮮に感じました
08:25
Suddenly we have a brand new lever
突然 ワクチンの世界で
08:27
in the world of vaccines.
真新しい手段を得て
08:29
We can push it one way,
未知を切り開いたのです
08:31
where we can take a vaccine
that works but is too expensive
従来の注射針でワクチンの効果をあげるのに
08:32
and can get protection
費用がかかりすぎていましたが
08:35
with a hundredth of the dose
compared to the needle.
ナノパッチでは 用量は1/100で済みます
08:36
That can take a vaccine that's suddenly
10 dollars down to 10 cents,
ワクチンが突然10ドルから10セントに下がったのです
08:39
and that's particularly important
within the developing world.
発展途上国では特に大切なことです
08:43
But there's another angle to this as well --
また 別の見方もできるのです
08:46
you can take vaccines that currently don't work
現在あまり効果のないワクチンを
08:48
and get them over that line
閾値線上に上げて
08:51
and get them protective.
保護できるようにするのです
08:52
And certainly in the world of vaccines
そうすることが ワクチンの世界で
08:54
that can be important.
重要になってきます
08:57
Let's consider the big three:
HIV マラリア 結核という
08:58
HIV, malaria, tuberculosis.
3大病を見てみましょう
08:59
They're responsible for about
7 million deaths per year,
年間700万人が亡くなっており
09:02
and there is no adequate vaccination
method for any of those.
いずれも効果的なワクチンはありません
09:05
So potentially, with this new lever
that we have with the Nanopatch,
だから 新しいナノパッチを試してはどうでしょうか
09:08
we can help make that happen.
お役に立てると思うのです
09:10
We can push that lever to help get those
candidate vaccines over the line.
それらのワクチンの効果を
閾値線上に押し上げます
09:12
Now, of course, we've worked within my lab
私の研究室では
09:17
with many other vaccines that have attained
様々なワクチンも研究しており
09:19
similar responses and similar curves to this,
インフルエンザの例で成功したのと同じような
09:21
what we've achieved with influenza.
反応とカーブを得ています
09:24
I'd like to now switch to talk about
さて 今日のワクチンのもう1つの欠点として
09:27
another key shortcoming of today's vaccines,
低温流通を維持する必要があることを
09:29
and that is the need to maintain the cold chain.
お話していきたいと思います
09:33
As the name suggests -- the cold chain --
その名の通り
09:36
it's the requirements of keeping
a vaccine right from production
注射する時までずっと
09:39
all the way through to when the vaccine is applied,
ワクチンを低温に保つ
09:42
to keep it refrigerated.
必要があるのです
09:44
Now, that presents some logistical challenges
流通上の問題もありますが
09:48
but we have ways to do it.
方法はあるのです
09:51
This is a slightly extreme case in point
これは最たる例ですが
09:54
but it helps illustrate the logistical challenges,
特に設備が整っていない所で
09:58
in particular in resource-poor settings,
ワクチンを低温に保ち
10:01
of what's required to get vaccines
低温流通を維持するという
10:03
refrigerated and maintain the cold chain.
流通上の問題点を説明してしいます
10:07
If the vaccine is too warm the vaccine breaks down,
ワクチンが温かすぎると駄目になりますが
10:08
but interestingly it can be too cold
面白いことに
10:12
and the vaccine can break down as well.
冷たすぎても駄目になるのです
10:14
Now, the stakes are very high.
ワクチンが駄目になると大変困るのです
10:17
The WHO estimates that within Africa,
世界保健機関によると
10:20
up to half the vaccines used there
アフリカで使用されるワクチンの半数までが
10:23
are considered to not be working properly
適切に作用しない模様です
10:25
because at some point the
cold chain has fallen over.
低温流通がどこかで破綻しているからです
10:27
So it's a big problem, and it's tied
in with the needle and syringe
それは大問題で
注射針や注射器とも関連しています
10:30
because it's a liquid form vaccine, and
when it's liquid it needs the refrigeration.
ワクチンは液体で 液体は冷蔵が必要なのです
10:33
A key attribute of our Nanopatch
ナノパッチの主な属性は
10:38
is that the vaccine is dry,
ワクチンが乾燥していることです
10:41
and when it's dry it doesn't need refrigeration.
乾燥していると冷蔵する必要はないのです
10:43
Within my lab we've shown that we can keep
私の研究室では1年以上も
10:45
the vaccine stored at 23 degrees Celsius
ワクチンを23℃で保管して
10:48
for more than a year without
any loss in activity at all.
活性が失われないことを示しました
10:50
That's an important improvement.
それは重要な進歩です
10:54
(Applause)
(拍手)
10:56
We're delighted about it as well.
私達もその結果に満足しています
11:03
And the thing about it is that
we have well and truly proven
研究室内でナノパッチの有効性が
11:06
the Nanopatch within the laboratory setting.
十分に証明されたことになります
11:10
And as a scientist, I love that and I love science.
科学者として 私は科学者であることや
科学が好きですが
11:13
However, as an engineer,
エンジニアとして
11:16
as a biomedical engineer
生物医学工学者として
11:19
and also as a human being,
人間としては
11:21
I'm not going to be satisfied
研究室の外でこれを展開し
11:23
until we've rolled this thing
out, taken it out of the lab
多くの人々 特に最もそれを必要としている人々に
11:24
and got it to people in large numbers
ワクチンを投与するまでは
11:27
and particularly the people that need it the most.
満足しないつもりです
11:29
So we've commenced this particular journey,
そのために ナノパッチを広めるようとしています
11:33
and we've commenced this
journey in an unusual way.
変わったやり方で広めようとしています
11:36
We've started with Papua New Guinea.
パプアニューギニアから始めました
11:38
Now, Papua New Guinea is an example
of a developing world country.
発展途上国の例として
パプアニューギニアを挙げました
11:41
It's about the same size as France,
フランスと同じ大きさですが
11:47
but it suffers from many of the key barriers
今日のワクチンの世界に存在する
11:50
existing within the world of today's vaccines.
多くの障害に苦しんでいます
11:53
There's the logistics:
流通面での問題があります
11:57
Within this country there are only 800
refrigerators to keep vaccines chilled.
パプアニューギニアにはワクチンを冷やす
冷蔵庫が800台しかありません
11:59
Many of them are old, like this one in Port Moresby,
many of them are breaking down
このポートモレスビーの冷蔵庫のように
古かったり 壊れていたり
12:03
and many are not in the Highlands
where they are required.
必要としている高地になかったりします
12:07
That's a challenge.
難しいけど遣り甲斐があります
12:10
But also, Papua New Guinea has the
world's highest incidence of HPV,
HPV ヒト・パピローマ・ウイルスは
子宮頸がんの[危険要因]ですが
12:12
human papillomavirus, the
cervical cancer [risk factor].
パプアニューギニアでの感染率は
世界第1位です
12:17
Yet, that vaccine is not available in large numbers
お金がかかりすぎるので
12:21
because it's too expensive.
ワクチンを多くの人々に投与できません
12:24
So for those two reasons, with
the attributes of the Nanopatch,
これらの問題を解消するため
12:26
we've got into the field and
worked with the Nanopatch,
現地に赴き
12:28
and taken it to Papua New Guinea
パプアニューギニアにナノパッチを展開し
12:31
and we'll be following that up shortly.
すぐに追跡調査を行う予定です
12:33
Now, doing this kind of work is not easy.
この種の仕事はたやすくはありません
12:37
It's challenging,
難題ですが
12:41
but there's nothing else in
the world I'd rather be doing.
私の使命だと思っています
12:42
And as we look ahead
将来を見据えた
12:46
I'd like to share with you a thought:
私の考えをお話しします
12:48
It's the thought of a future where
いつの日か
12:51
the 17 million deaths per year
現在感染症が原因で死亡するという
12:55
that we currently have due to infectious disease
年間1,700万の人がいるということが
12:57
is a historical footnote.
過去の話となることです
13:00
And it's a historical footnote that has been achieved
そしてその過去の話というのは
13:02
by improved, radically improved vaccines.
劇的に改良されたワクチンによって達成されるものです
13:04
Now standing here today in front of you
さて 今日ここ 皆さんの前に立って
13:08
at the birthplace of the needle and syringe,
160年の歴史を持つ
13:10
a device that's 160 years old,
注射針と注射器の発祥地で
13:12
I'm presenting to you an alternative approach
別のアプローチである
13:15
that could really help make that happen --
ナノパッチについてお話ししました
13:17
and it's the Nanopatch with its attributes
of being needle-free, pain-free,
注射針を使わず 痛みもなく
13:19
the ability for removing the cold chain
and improving the immunogenicity.
低温流通体系に頼らず 免疫原性を高めるのが
ナノパッチなのです
13:23
Thank you.
ご清聴ありがとうございました
13:28
(Applause)
(拍手)
13:30
Translator:Masako Kigami
Reviewer:Masaki Yanagishita

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Mark Kendall - Biomedical engineer
Mark Kendall aims to shake up how vaccines are delivered with the Nanopatch.

Why you should listen

Looking a bit like a fuzzy computer chip, the Nanopatch uses tiny powder-coated spikes to deliver a small dose of vaccine just under the skin, immunizing a person in about a minute. Made for less than $1, it uses only a fraction of a vaccine dose delivered by traditional syringe method (which was invented in 1853), at the same time eliminating the risk of needle injuries. What’s more, a Nanopatch infused with vaccine is designed to be heat-stable, so it can be transported without refrigeration. And the process doesn't draw blood, reducing the risk of infections.

Mark Kendall, an Australian biomedical engineer, was part of a team at the University of Queensland that advanced the Nanopatch by vaccinating animals. Now his company, Vaxxas, is on a mission to commercialize the device for human use. He plans to run an international trial using the Nanopatch, starting with the human papilloma virus (HPV) vaccine to protect against cervical cancer.

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Data provided by TED.

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