10:44
TED Talks Live

Sangeeta Bhatia: This tiny particle could roam your body to find tumors

サンギータ・バティア: 体内で腫瘍を見つけ出すミクロの粒子

Filmed:

もし、高価な検査施設や安定した電気の供給が無くても、悪性腫瘍を何年も前に見つけることができたらどうでしょう? 医師、生体工学研究者、そして起業家の顔を持つサンギータ・バティアは、数々の学問領域を横断する研究室を率いて、人間の疾患を理解し、診断し、治療する革新的な方法を探しています。癌による死の3分の2は完全に予防可能であり、彼女の目標は、それを防ぐことだと言います。バティアが複雑なナノ粒子科学をずば抜けた明晰さで解説し、何百万もの命を救うであろう革新的な癌検診法について語ります。

- Physician, bioengineer and entrepreneur
Sangeeta Bhatia is a cancer researcher, MIT professor and biotech entrepreneur who works to adapt technologies developed in the computer industry for medical innovation. Full bio

昔1台のトランジスターを収容するのに
要していた空間には
00:12
In the space that used
to house one transistor,
今や10億個のトランジスターを
詰め込むことができ
00:16
we can now fit one billion.
かつて1つの部屋をまるごと占領していた
大きなコンピューターは
00:19
That made it so that a computer
the size of an entire room
ポケットに入るサイズになりました
00:23
now fits in your pocket.
進歩とは小型化であると
いえるかもしれませんね
00:26
You might say the future is small.
00:29
As an engineer,
エンジニアとしての私は
コンピューターの小型化革命から
インスピレーションを受け
00:30
I'm inspired by this miniaturization
revolution in computers.
医師としての私は
00:34
As a physician,
それを使い
最も急速に増加しているある病気から
00:36
I wonder whether we could use it
to reduce the number of lives lost
一人でも多くの命を
救えないかと考えています
00:41
due to one of the fastest-growing
diseases on Earth:
それは癌です
00:46
cancer.
そう言うと
00:47
Now when I say that,
ほとんどの人は 私たちが
癌治療の研究をしていると思います
00:48
what most people hear me say
is that we're working on curing cancer.
確かにそうですが
00:52
And we are.
実際のところは
00:53
But it turns out
癌の早期発見と予防を通して
人命を救うという—
00:55
that there's an incredible
opportunity to save lives
素晴らしい機会を見い出したのです
00:57
through the early detection
and prevention of cancer.
世界中の癌による死亡の3分の2以上は
01:01
Worldwide, over two-thirds of deaths
due to cancer are fully preventable
今ある方法で完全に予防可能です
01:07
using methods that we already
have in hand today.
ワクチン、癌検診による早期発見
01:10
Things like vaccination, timely screening
そして もちろん
喫煙をやめることなどです
01:13
and of course, stopping smoking.
01:16
But even with the best tools
and technologies that we have today,
ですが 最高の技術や方法をもってしても
癌の中には 検診をすり抜け続け
01:19
some tumors can't be detected
その間 癌細胞が増殖し
01:22
until 10 years after
they've started growing,
10年後 5千万個にもなって
やっと見つかるものもあります
01:25
when they are 50 million
cancer cells strong.
もし このような危険な癌を
01:30
What if we had better technologies
除去出来るはずの萌芽期に
01:31
to detect some of these more
deadly cancers sooner,
早期発見してくれる—
01:35
when they could be removed,
技術があったらどうでしょう?
01:36
when they were just getting started?
機器の小型化が これに
どう寄与するのかお話ししましょう
01:38
Let me tell you about how
miniaturization might get us there.
これは ごく普通の実験室にある顕微鏡で
01:43
This is a microscope in a typical lab
01:45
that a pathologist would use
for looking at a tissue specimen,
病理学者が生検や
子宮がん検診で
細胞サンプルを見るのに使います
01:49
like a biopsy or a pap smear.
この7千ドルもする顕微鏡で
01:51
This $7,000 microscope
何年も専門的な訓練を積んだ専門家が
01:54
would be used by somebody
with years of specialized training
癌細胞を探します
01:57
to spot cancer cells.
これはライス大学の同僚
02:00
This is an image from a colleague
of mine at Rice University,
レベッカ・リチャーズ=コルトムの
資料からです
02:03
Rebecca Richards-Kortum.
彼女はチームと共に
顕微鏡を小型化し
02:04
What she and her team have done
is miniaturize that whole microscope
1個あたり10ドルにしたので
02:08
into this $10 part,
ファイバースコープの先端に
取り付けられるようになりました
02:10
and it fits on the end
of an optical fiber.
これで 患者から細胞の
サンプルを取って
02:13
Now what that means is instead
of taking a sample from a patient
顕微鏡で調べる代わりに
02:17
and sending it to the microscope,
顕微鏡を患者の体内に送りこめます
02:19
you can bring the microscope
to the patient.
それから 画像診断の専門家に
読み取ってもらう代わりに
02:22
And then, instead of requiring
a specialist to look at the images,
コンピューターを訓練して
正常な細胞と癌細胞を記録させます
02:26
you can train the computer to score
normal versus cancerous cells.
これが大事な理由は
02:32
Now this is important,
ブラジルの田舎で
こういうことが起きているからです
02:33
because what they found
working in rural communities,
02:36
is that even when they have
a mobile screening van
子宮癌検診機器が搭載された検診車で
地方を回って検診を行い
02:39
that can go out into the community
and perform exams
02:42
and collect samples
組織を採取して
分析のため 中央病院に送っても
02:43
and send them to the central
hospital for analysis,
その数日後
02:47
that days later,
細胞診異常の知らせを受け
来院するようにと
02:48
women get a call
with an abnormal test result
02:51
and they're asked to come in.
連絡を受けた女性の半分以上は
02:52
Fully half of them don't turn up
because they can't afford the trip.
旅費がないので
病院に来ることはないのです
しかし 手術用顕微鏡と
コンピューター解析機器を持って
02:57
With the integrated microscope
and computer analysis,
レベッカ達は
診断と治療を同時に行える
03:01
Rebecca and her colleagues
have been able to create a van
診断治療車を作りました
03:04
that has both a diagnostic setup
and a treatment setup.
これで診断と治療を
03:07
And what that means
is that they can do a diagnosis
出張先のその場で行うことができ
03:10
and perform therapy on the spot,
治療から漏れてしまう人がいなくなります
03:13
so no one is lost to follow up.
これは小型化が
人命を救うほんの一例です
03:15
That's just one example of how
miniaturization can save lives.
03:20
Now as engineers,
私たちエンジニアにとっては
03:21
we think of this
as straight-up miniaturization.
これは単純明解な小型化の例なのです
大きなものを小さくしたのですから
03:24
You took a big thing
and you made it little.
このように コンピューターが小型化され
03:26
But what I told you before about computers
どこにでも持ち運びできるようになり
03:28
was that they transformed our lives
03:31
when they became small enough
for us to take them everywhere.
私たちの生活が一変しました
この変革は医療に置き換えると
何にあたるでしょうか?
03:35
So what is the transformational
equivalent like that in medicine?
もし 極小サイズで
03:40
Well, what if you had a detector
人体内を自在に循環し
03:43
that was so small that it could
circulate in your body,
自分で腫瘍を発見し
03:47
find the tumor all by itself
体外にシグナルを送る
診断機器があったとしたら?
03:50
and send a signal to the outside world?
03:53
It sounds a little bit
like science fiction.
SFみたいな話ですね
ナノテクノロジーはまさに
これを可能にするのです
03:55
But actually, nanotechnology
allows us to do just that.
ナノテクノロジーで
診断機器の構成要素を
03:59
Nanotechnology allows us to shrink
the parts that make up the detector
人毛の太さ程の
04:04
from the width of a human hair,
100ミクロンから
04:06
which is 100 microns,
その千分の1の大きさの
04:07
to a thousand times smaller,
100ナノメートルまで
縮小出来ます
04:10
which is 100 nanometers.
これは非常に大きな意味を持ちます
04:12
And that has profound implications.
物質はナノスケールの大きさになると
04:15
It turns out that materials
actually change their properties
その性質が変わるのです
04:19
at the nanoscale.
日常で見られる物質 例えば金は
04:21
You take a common material like gold,
粉砕してナノ粒子にすると
04:23
and you grind it into dust,
into gold nanoparticles,
金色から赤い色に変わります
04:27
and it changes from looking
gold to looking red.
もっと珍しい物質
例えばセレン化カドミウムは—
04:31
If you take a more exotic material
like cadmium selenide --
大きな黒い結晶体ですが—
04:34
forms a big, black crystal --
ナノクリスタル化して
04:37
if you make nanocrystals
out of this material
液体に入れて
04:39
and you put it in a liquid,
光をあてると
04:41
and you shine light on it,
光ります
04:43
they glow.
青、緑、黄色、オレンジ、赤など
04:44
And they glow blue, green,
yellow, orange, red,
粒子のサイズにより
様々な色で光るのです
04:50
depending only on their size.
ミクロの世界の外でこんなにすごい物質
ありえないですよね?
04:52
It's wild! Can you imagine an object
like that in the macro world?
クローゼットにあるジーンズが
素材はどれも綿100%だけど
04:56
It would be like all the denim jeans
in your closet are all made of cotton,
05:03
but they are different colors
depending only on their size.
大きさによって全部
色が違ってきちゃうようなものです
(笑)
05:08
(Laughter)
これを医師として見たときに
05:10
So as a physician,
同様に興味深いと思うのは
05:12
what's just as interesting to me
ナノスケールになったとき
05:14
is that it's not just
the color of materials
物質の色だけではなく
05:17
that changes at the nanoscale;
それが人体内を移動する際の動きも
変化することです
05:19
the way they travel
in your body also changes.
この特質を用いて
05:23
And this is the kind of observation
that we're going to use
より高性能の癌診断機器を作ります
05:25
to make a better cancer detector.
どういうことか お見せしましょう
05:28
So let me show you what I mean.
これは人体内の血管です
05:30
This is a blood vessel in the body.
それを囲んでいるのが腫瘍
05:32
Surrounding the blood vessel is a tumor.
この血管にナノ粒子を注入して
05:35
We're going to inject nanoparticles
into the blood vessel
それが血流から腫瘍へと
どのように移動するかを見てみましょう
05:38
and watch how they travel
from the bloodstream into the tumor.
腫瘍の多くは
血管が穴だらけなので
05:43
Now it turns out that the blood vessels
of many tumors are leaky,
粒子が血管から腫瘍へと漏れ出るのですが
05:47
and so nanoparticles can leak out
from the bloodstream into the tumor.
それは粒子の大きさで決まります
05:52
Whether they leak out
depends on their size.
ここでは
05:56
So in this image,
小さな100ナノメートルの
青いナノ粒子が漏れ出していて
05:57
the smaller, hundred-nanometer,
blue nanoparticles are leaking out,
大きな500ナノメートルの
赤いナノ粒子は
06:01
and the larger, 500-nanometer,
red nanoparticles
血流内に留まっています
06:05
are stuck in the bloodstream.
つまり エンジニアとしては
06:06
So that means as an engineer,
作る素材の大小によって
06:09
depending on how big
or small I make a material,
体内のどこに届くのかを
コントロールすることができるのです
06:13
I can change where it goes in your body.
私の研究室では最近
ナノサイズの癌診断機器を作りました
06:17
In my lab, we recently made
a cancer nanodetector
体内で腫瘍を探しまわれるくらい
本当に小さいのです
06:21
that is so small that it could travel
into the body and look for tumors.
腫瘍の侵略を探知するように
デザインされており
06:27
We designed it to listen
for tumor invasion:
腫瘍の増殖に必要な化学物質のシグナルが
奏でる響きを聞き分けます
06:31
the orchestra of chemical signals
that tumors need to make to spread.
06:36
For a tumor to break out
of the tissue that it's born in,
腫瘍が生じた組織内を
出て増殖するには
酵素という化学物質を作り
06:39
it has to make chemicals called enzymes
組織の壁組みを侵食しなくてはなりません
06:42
to chew through
the scaffolding of tissues.
そこで この酵素で活性化される
ナノ粒子を作りました
06:45
We designed these nanoparticles
to be activated by these enzymes.
1つの酵素はこうした化学反応を
1時間で千回も引き起こします
06:51
One enzyme can activate a thousand
of these chemical reactions in an hour.
これは 工学では
「1:1000比」と呼び
06:57
Now in engineering, we call
that one-to-a-thousand ratio
活性化の増幅を表します
07:01
a form of amplification,
これが超感度のものを作り上げるのです
07:02
and it makes something ultrasensitive.
この方法で
超高感度の癌診断機器を作りました
07:04
So we've made an ultrasensitive
cancer detector.
ではこの活性化されたシグナルを
どのようにして人体外へ発信させ
07:09
OK, but how do I get this activated
signal to the outside world,
07:14
where I can act on it?
治療に使えるのでしょうか?
これには もう1つ
ナノスケールの生物学が関係します
07:15
For this, we're going to use
one more piece of nanoscale biology,
腎臓に関することです
07:19
and that has to do with the kidney.
腎臓はフィルターの役割を担っていて
07:21
The kidney is a filter.
07:23
Its job is to filter out the blood
and put waste into the urine.
血液をろ過し 老廃物を尿に流します
さて 腎臓が何をろ過するかも
07:29
It turns out that what the kidney filters
その大きさで決まるのです
07:31
is also dependent on size.
このように
07:34
So in this image, what you can see
大きさが5ナノメートル以下の粒子は全て
07:36
is that everything smaller
than five nanometers
血流を流れ腎臓へ
そして尿へと排出されます
07:39
is going from the blood,
through the kidney, into the urine,
それより大きい粒子は
全て体内に留まります
07:44
and everything else
that's bigger is retained.
もし100ナノメートルの大きさの
癌診断機器を作り
07:47
OK, so if I make a 100-nanometer
cancer detector,
血流に注入すると
07:52
I inject it in the bloodstream,
血管から漏れ出し 腫瘍へと流れ込み
腫瘍酵素により活性化され
07:54
it can leak into the tumor
where it's activated by tumor enzymes
小さなシグナルを放出します
08:00
to release a small signal
そのシグナルはとても小さいので
腎臓でろ過されて
08:02
that is small enough to be
filtered out of the kidney
尿へと排出され
08:05
and put into the urine,
尿に現れるシグナルで
癌を検出できるのですが
08:07
I have a signal in the outside world
that I can detect.
もう1つ問題が残っています
08:12
OK, but there's one more problem.
この非常に小さなシグナルを
08:14
This is a tiny little signal,
どうやって検出するかです
08:16
so how do I detect it?
このシグナルは単なる粒子で
08:18
Well, the signal is just a molecule.
私たちエンジニアが作ったものです
08:20
They're molecules
that we designed as engineers.
完全に人工的なものなので
08:23
They're completely synthetic,
and we can design them
私たちが使いたい機器に
合うように設計できます
08:26
so they are compatible
with our tool of choice.
もし 超高感度の高性能機器である—
08:30
If we want to use a really
sensitive, fancy instrument
質量分析器を使いたいなら
08:33
called a mass spectrometer,
その精度に合わせ
特有の質量を持った粒子を作ります
08:35
then we make a molecule
with a unique mass.
08:38
Or maybe we want make something
that's more inexpensive and portable.
もし 安価で手軽に持ち運べるものを
作りたい場合は
妊娠検査キットのように
08:42
Then we make molecules
that we can trap on paper,
紙に埋め込める粒子を作ります
08:46
like a pregnancy test.
実際 紙基盤診断の分野では
08:47
In fact, there's a whole
world of paper tests
紙素材の診断デバイスが あらゆる診断に
用いられるようになっています
08:50
that are becoming available
in a field called paper diagnostics.
では 私たちはこれで何を
目指しているのでしょう?
08:55
Alright, where are we going with this?
これからお話しするのは
08:58
What I'm going to tell you next,
私が研究者人生を通して
09:00
as a lifelong researcher,
夢見ていることです
09:02
represents a dream of mine.
この実現が約束されている訳ではありません
09:04
I can't say that's it's a promise;
09:06
it's a dream.
夢です
しかし 夢がなければ
誰も突き進むことはできません
09:08
But I think we all have to have dreams
to keep us pushing forward,
特に癌研究者にこそ
それが言えるのかもしれません
09:11
even -- and maybe especially --
cancer researchers.
私がチームの仲間と共に
全身全霊を傾けて
09:15
I'm going to tell you what I hope
will happen with my technology,
この技術で
どんなことを実現したいのか
09:19
that my team and I will put
our hearts and souls
お話しします
09:23
into making a reality.
こうです
09:25
OK, here goes.
いつか こうなる日を夢見ています
09:27
I dream that one day,
09:30
instead of going into
an expensive screening facility
高額の診断施設に行き
大腸内視鏡検査や
09:33
to get a colonoscopy,
09:35
or a mammogram,
マンモグラフィーや
09:36
or a pap smear,
子宮がん検診を受ける代わりに
09:38
that you could get a shot,
注射をして
1時間待ち
09:40
wait an hour,
09:42
and do a urine test on a paper strip.
紙の検査ストリップを使い
尿検査を行うのです
この方法だと 検査室に
09:45
I imagine that this could even happen
電気や医療従事者が常に必要だ
ということはなくなるでしょう
09:48
without the need for steady electricity,
09:51
or a medical professional in the room.
09:53
Maybe they could be far away
医療従事者たちは遠隔地から
09:55
and connected only by the image
on a smartphone.
スマートフォンの画像で
診断できるようになるかもしれません
09:58
Now I know this sounds like a dream,
これは夢のような話に
聞こえるかもしれませんが
10:00
but in the lab we already
have this working in mice,
研究室では これは既に
マウスで実証されており
10:03
where it works better
than existing methods
肺がん、結腸がん、卵巣がんの診断において
10:05
for the detection of lung,
colon and ovarian cancer.
従来の方法よりも成果を上げています
いつか これを使って
10:10
And I hope that what this means
患者の腫瘍が
早期発見できるようになること—
10:12
is that one day we can
detect tumors in patients
10年して腫瘍が
増殖してしまってからではなく—
10:18
sooner than 10 years
after they've started growing,
10:21
in all walks of life,
世界中 いかなる状況下でも
10:23
all around the globe,
10:25
and that this would lead
to earlier treatments,
早期発見で早期治療が可能となり
10:28
and that we could save more lives
than we can today,
今よりも もっと多くの患者の命を
10:31
with early detection.
救えるようになることを願っています
10:33
Thank you.
ありがとうございました
10:34
(Applause)
(拍手)
Translated by Dai Shinotsuka
Reviewed by Reiko Bovee

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About the Speaker:

Sangeeta Bhatia - Physician, bioengineer and entrepreneur
Sangeeta Bhatia is a cancer researcher, MIT professor and biotech entrepreneur who works to adapt technologies developed in the computer industry for medical innovation.

Why you should listen

Trained as both a physician and engineer at Harvard, MIT, and Brown University, Sangeeta Bhatia leverages 'tiny technologies' of miniaturization to yield inventions with new applications in tissue regeneration, stem cell differentiation, medical diagnostics, predictive toxicology and drug delivery. She and her trainees have launched more than 10 biotechnology companies to improve human health.

Bhatia has received many honors including the Lemelson-MIT Prize, known as the 'Oscar for inventors,' and the Heinz Medal for groundbreaking inventions and advocacy for women in STEM fields. She is a Howard Hughes Medical Institute Investigator, the Director of the Marble Center for Cancer Nanomedicine at the Koch Institute for Integrative Cancer Research and an elected member of the National Academy of Engineering, the American Academy of Arts and Science and Brown University's Board of Trustees.

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