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TED@IBM

Joshua Smith: New nanotech to detect cancer early

Joshua Smith: Une nouvelle nanotechnologie pour diagnostiquer le cancer plus tôt

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Et si un système de dépistage du cancer était disponible dans chaque maison? Le chercheur Joshua Smith est entrain de développer une nano-biotechnologie « alerte cancer » qui permet d'analyser la présence de maladies grâce à des biomarqueurs appelés exosomes. Au cours de cette présentation visionnaire, il partage son rêve et explique comment nous pourrions révolutionner le dépistage du cancer et ainsi sauver des vies.

- Cancer fighter
Motivated by his wife's bout with cancer, IBM's Joshua Smith applies his engineering expertise to early diagnosis. Full bio

« Vous avez un cancer. »
00:16
"You have cancer."
Malheureusement, près de 40% d'entre nous
entendrons un jour cette phrase
00:20
Sadly, about 40 percent of us will hear
those three words within our lifetime,
et la moitié ne survivrons pas.
00:25
and half will not survive.
Cela signifie que, dans votre entourage,
deux personnes sur cinq
00:28
This means that two out of five
of your closest friends and relatives
seront touchées par une forme de cancer,
00:32
will be diagnosed
with some form of cancer,
et une mourra.
00:35
and one will die.
En plus des douleurs,
00:39
Beyond the physical hardships,
aux États-Unis, près d'un tiers
des personnes survivant à un cancer
00:40
roughly one-third
of cancer survivors here in the US
00:43
will go into debt from treatment.
seront endettées après le traitement.
00:45
And they're at least two and a half times
more likely to declare bankruptcy
Ces personnes ont 2,5 fois
plus de risques de faire faillite
que celles qui n'ont pas de cancer.
00:49
than those without cancer.
Cette maladie est omniprésente.
00:51
This disease is pervasive.
Elle est fatigante émotionnellement
00:54
It's emotionally draining
00:55
and, for many,
et, pour beaucoup,
destructrice financièrement.
00:56
financially destructive.
Mais l'annonce d'un cancer ne devrait pas
être une condamnation à mort.
00:59
But a cancer diagnosis
doesn't have to be a death sentence.
Diagnostiquer un cancer assez tôt,
01:03
Finding cancer early,
dès son apparition,
01:05
closer its genesis,
est un des facteurs critiques
d'amélioration des différents traitements,
01:07
is one of the critical factors
to improving treatment options,
réduction des conséquences émotionnelles
01:10
reducing its emotional impact
et diminution du coût de ces traitements.
01:12
and minimizing financial burdens.
Plus important encore,
01:15
Most importantly,
le diagnostic précoce
01:16
finding cancer early --
- un des buts premiers de ma recherche -
01:18
which is one of the primary
aims of my research --
augmente grandement vos chances de survie.
01:21
greatly enhances your odds of survival.
Analysons le cas
du cancer du sein par exemple.
01:24
If we just look at the case
of breast cancer for example,
On voit que les patients
diagnostiqués et traités à la phase 1
01:26
we find that those who are diagnosed
and treated at stage one
ont une chance de survie
à 5 ans de presque 100%.
01:30
have a five-year survival rate
of nearly 100 percent --
Le taux atteint les 22%
s'ils sont traités à la phase 4.
01:34
odds that decrease to just 22 percent
if treated at stage four.
C'est pareil pour le cancer colorectal
et le cancer des ovaires.
01:40
And similar trends are found
for colorectal and ovarian cancer.
Nous savons tous
qu'un diagnostic précoce et exact
01:46
Now, we're all aware
that an early diagnosis that is accurate
est essentiel à la survie.
01:51
is critical for survival.
Le problème est que beaucoup des outils
de diagnostic sont invasifs,
01:55
The problem is that many
cancer diagnostic tools are invasive,
coûteux,
01:59
costly,
souvent peu précis
02:00
often inaccurate
et il faut un temps fou
pour obtenir les résultats.
02:01
and they can take an agonizing
amount of time to get the results back.
Encore pire,
pour certains types de cancers,
02:06
Still worse, when it comes
to some forms of cancer,
comme le cancer des ovaires,
du foie ou du pancréas,
02:08
such as ovarian,
liver or pancreatic cancer,
il n'existe pas de bonnes
techniques de dépistage.
02:13
good screening methods simply don't exist,
Il faut souvent attendre l'apparition
des symptômes physiques,
02:16
meaning that often people wait
until physical symptoms surface,
qui sont des indicateurs
d'un cancer déjà très avancé.
02:20
which are themselves already
indicators of late-stage progression.
Comme une tornade qui frappe
une zone sans système d'alerte,
02:25
Like a tornado strike in an area
without an early warning system,
il est impossible prévenir
02:29
there is no alarm to warn,
un danger qui est déjà présent.
02:31
for the danger is already at your doorstep
Cela réduit grandement
vos chances de survie.
02:34
when your odds of survival
are greatly reduced.
L'accès régulier
à des méthodes de dépistage
02:39
Having the convenience and accessibility
of regular screening options
qui soient abordables, non invasives,
qui donnent des résultats plus rapidement
02:43
that are affordable, noninvasive
and could provide results much sooner,
serait une arme merveilleuse
pour lutter contre le cancer.
02:49
would provide us with a formidable
weapon in the fight against cancer.
Un diagnostic précoce permettrait
de se battre contre la maladie
02:54
An early warning would allow us
to get out ahead of the disease
plutôt que de suivre
son impitoyable progression.
02:57
instead of merely
following in its relentless wake.
Et c'est exactement ce que je fais.
03:00
And this is exactly what I've been doing.
Depuis trois ans,
je développe des technologies
03:02
For the past three years,
I've been developing technologies
qui pourraient aider les médécins
03:05
that could ultimately aid clinicians
à diagnostiquer le cancer
rapidement, dès son apparition.
03:07
with rapid, early-stage
cancer diagnostics.
Je suis animé par une véritable
curiosité scientifique
03:10
And I've been fueled
by a deep scientific curiosity,
et une envie de changer les choses.
03:14
and a passion to change these statistics.
Mais, l'année dernière,
03:18
Last year however,
ce combat est devenu bien plus personnel
03:20
this fight became much more personal
quand ma femme a été atteinte
d'un cancer du sein.
03:24
when my wife was diagnosed
with breast cancer.
Cette expérience a ajouté une dimension
émotionnelle profonde et inattendue
03:27
It was an experience that added a strong
and unexpected emotional dimension
à tous mes efforts.
03:32
to these efforts.
Je sais d'expérience à quel point
le traitement est difficile,
03:35
I know firsthand how life-altering
treatment can be,
je connais le chaos émotionnel
03:39
and I'm keenly aware
of the emotional havoc
que le cancer jette sur la famille
03:42
that cancer can wreak on a family,
et dans notre cas, sur nos deux filles.
03:44
which in our case
included our two young daughters.
Parce qu'il a été diagnostiqué tôt
lors d'une mammographie,
03:48
Because we found it early
during a routine mammogram,
nous avons pu nous concentrer
sur les traitements
03:51
we were able to focus
primarily on treatment options
contre cette tumeur,
03:55
for the localized tumor,
ce qui a confirmé pour moi
l'importance d'un diagnostic précoce.
03:56
reaffirming to me
how important an early diagnosis is.
Contrairement à d'autres cancers,
04:02
Unlike other forms of cancer,
le cancer du sein peut être diagnostiqué
rapidement grâce aux mammographies.
04:05
mammograms do offer an early-stage
screening option for breast cancer.
Cependant, tout le monde ne le fait pas
04:09
Still, not everyone has this done,
et certaines ont le cancer
04:11
or they may develop breast cancer
avant l'âge recommandé
pour une première mammographie.
04:12
before the middle age recommendation
for having a mammogram.
Donc des améliorations sont possibles,
04:17
So, there's still
a lot of room for improvement,
même si des dépistages existent déjà
04:19
even for cancers
that do have screening options,
et encore plus
quand ils n'existent pas encore.
04:22
and, of course, considerable benefits
for those that don't.
Pour les chercheurs,
il est donc indispensable
04:25
A key challenge then
for cancer researchers
de développer des méthodes
04:28
is to develop methods
qui permettent un dépistage régulier
pour de nombreux cancers
04:29
that make regular screening
for many types of cancers
beaucoup plus accessible.
04:33
much more accessible.
Imaginez que durant
votre contrôle régulier,
04:35
Imagine a scenario
where during your regular checkup,
votre médecin puisse prendre
un simple échantillon d'urine,
04:39
your doctor can take
a simple, noninvasive urine sample,
ou d'un autre liquide,
04:42
or other liquid biopsy,
et vous donner les résultats avant même
que vous ne quittiez son bureau.
04:44
and present you with the results
before you even leave the doctor's office.
Cela pourrait réduire énormément
le nombre de personnes
04:48
Such a technology could
dramatically reduce the number of people
qui passent entre les filets
d'un diagnostic précoce du cancer.
04:52
who slip through the net
of an early-stage cancer diagnosis.
Mon équipe de recherche
d'ingénieurs et de biochimistes
04:56
My research team
of engineers and biochemists
tente de relever ce défi.
04:59
is working on exactly this challenge.
Nous cherchons des moyens de vérifier
fréquemment l'apparition de cancers
05:02
We're working on ways to frequently
activate an early-stage cancer alarm
grâce à un dépistage régulier qui commence
quand une personne est en bonne santé
05:07
by enabling regular screenings
that would start when a person is healthy
et qui permet donc d'arrêter le cancer
dès son apparition,
05:11
so that action could be taken
to stop cancer the moment it emerges,
avant qu'il ne puisse progresser
au-delà du premier stade.
05:16
and before it can progress
beyond its infancy.
La clé dans ce cas
réside dans de petites vésicules,
05:20
The silver bullet in this case
are tiny vesicles,
de minuscules capsules, appelées exosomes
et envoyées par les cellules.
05:23
little escape pods regularly shed
by cells called exosomes.
Les exosomes sont
des biomarqueurs essentiels.
05:28
Exosomes are important biomarkers
Ils permettent de dépister
rapidement le cancer.
05:31
that provide an early-warning system
for the development of cancer.
Comme ils sont présents en abondance
dans les fluides de notre corps,
05:35
And because they're abundantly present
in just about every bodily fluid,
dont le sang, l'urine et la salive,
05:39
including blood, urine and saliva,
ils sont très intéressants
en termes de biopsies non invasives.
05:41
they're extremely attractive
for noninvasive liquid biopsies.
Il y a juste un problème.
05:47
There's just one problem.
Pour le moment, il n'existe pas de système
automatique qui permette de trier
05:48
An automated system for rapidly sorting
these important biomarkers
rapidement ces biomarqueurs.
05:52
is not currently available.
Nous avons créé une technologie
appelée nano-DLD
05:55
We've created a technology
that we call nano-DLD
qui est capable de faire ceci :
05:59
that is capable of precisely this:
isoler de manière automatique les exosomes
06:01
automated exosome isolation
pour aider au dépistage du cancer.
06:04
to aid rapid cancer diagnostics.
Les exosomes sont la toute nouvelle arme
de diagnostic rapide
06:08
Exosomes are the newest
early-warning weapon, if you will,
en termes de biopsie liquide.
06:11
to emerge on the liquid biopsy front.
Et ils sont très très petits.
06:13
And they're really, really small.
Ils mesurent entre 30
et 150 nanomètres de diamètre.
06:16
They measure just 30 to 150
nanometers in diameter.
Ils sont si petits
06:20
This is so tiny
qu'on en retrouve des millions
dans chaque globule rouge.
06:21
that you could fit about a million
of them into a single red blood cell.
C'est la même différence
qu'entre une balle de golf
06:25
That's roughly the difference
between a golf ball
06:28
and a fine grain piece of sand.
et un grain de sable.
Avant considérés comme des petites
poubelles pour les déchets des cellules,
06:30
Once thought to be little bins
for unwanted cellular waste,
il est aujourd'hui prouvé
que les cellules communiquent
06:34
it has been found
that cells actually communicate
en produisant et en absorbant ces exosomes
06:37
by producing and absorbing these exosomes
qui contiennent des récepteurs en surface,
06:40
which contain surface receptors,
des protéines
06:43
proteins and other genetic material
collected from their cell of origin.
et d'autres matériels génétiques
issus de leur cellule d'origine.
Quand ils sont absorbés
par une autre cellule,
06:48
When absorbed by a neighboring cell,
les exosomes partagent leur contenu
avec la cellule qui les accueille.
06:51
exosomes release their contents
into the receiving cell,
Ils peuvent réaliser des changements
capitaux dans le profil génétique --
06:55
and can set in motion
fundamental changes in gene expression --
06:58
some good,
parfois positifs,
et c'est là qu'intervient le cancer,
06:59
and this is where cancer comes in,
parfois négatifs.
07:01
some bad.
Comme ils sont recouverts du même tissu
que leur cellule d'origine
07:02
Because they are clothed
in the material of the mother cell,
et qu'ils contiennent ses informations,
07:06
and contain a sample of its environment,
ils fournissent un aperçu génétique
de la santé de cette cellule
07:08
they provide a genetic snapshot
of that cell's health and its origin.
et de son origine.
Toutes ces qualités font des exosomes
des messagers précieux
07:15
All of these qualities
make exosomes invaluable messengers
qui pourraient donner aux médecins
07:18
that potentially allow physicians
l'opportunité d'analyser
votre santé au niveau cellulaire.
07:20
to eavesdrop on your health
at the cellular level.
Mais, pour un diagnostic précoce,
07:24
To catch cancer early, however,
il faut fréquemment
intercepter ces messages
07:25
you have to frequently
intercept these messages
pour déterminer quand les responsables
du cancer dans votre corps
07:28
to determine when cancer-causing
troublemakers within your body
commencent à se développer.
07:32
decide to start staging a coup,
C'est la raison pour laquelle
un contrôle régulier est essentiel
07:34
which is why regular
screening is so critical
et que nous développons des technologies
pour le rendre possible.
07:37
and why we're developing
technologies to make this possible.
Alors que le premier dépistage
utilisant les exosomes
07:41
While the first exosome-based diagnostics
emerged on the market just this year,
a fait son apparition
sur le marché cette année,
ce n'est pas encore une option
très courante dans les soins de santé.
07:46
they are not yet part
of mainstream healthcare options.
En plus de leur apparition récente,
07:51
In addition to their recent emergence,
les exosomes ne sont pas
encore très répandus
07:53
another factor that's limiting
their widespread adoption
car il n'existe aucun système
d'isolation automatique des exosomes
07:56
is that currently, no automated
exosome isolation system exists
qui rendrait le contrôle régulier
plus économiquement abordable.
08:00
to make regular screening
economically accessible.
La référence actuelle en matière
d'isolation d'exosomes
08:04
The current gold standard
for exosome isolation
utilise l'ultracentrifugation,
08:07
includes ultracentrifugation,
une technique qui nécessite
un équipement de laboratoire coûteux,
08:09
a process requiring
expensive laboratory equipment,
un technicien expert
08:12
a trained lab tech
et environ 30 heures
pour analyser un échantillon.
08:14
and about 30 hours of time
to process a sample.
Nous avons trouvé une nouvelle approche
pour isoler automatiquement les exosomes
08:18
We've come up with a different approach
for achieving automated exosome isolation
dans un échantillon d'urine.
08:23
from a sample such as urine.
Nous utilisons une méthode de séparation
en flux continu sur puce
08:25
We use a chip-based, continuous flow
separation technique
appelée déplacement latéral déterminé.
08:29
called deterministic lateral displacement.
Et nous l'avons miniaturisé,
08:32
And we have done with it
comme le fait si bien l'industrie
des semi-conducteurs depuis 50 ans.
08:34
what the semiconductor industry has done
so successfully for the past 50 years.
Nous avons réduit la taille
de cette technologie
08:38
We shrunk the dimensions
of this technology
08:40
from the micron scale
to the true nanoscale.
pour passer de l'échelle des microns
à l'échelle nanoscopique.
Comment est-ce que ça fonctionne ?
08:44
So how does it work?
08:46
In a nutshell,
Pour faire court,
on dispose une séries de petits piliers,
séparés par des espaces nanoscopiques,
08:47
a set of tiny pillars
separated by nanoscopic gaps
08:51
are arranged in such a way
afin de séparer le fluide
en différents courants.
08:52
that the system divides
the fluid into streamlines,
Les plus grosses nanoparticules,
liées au cancer, sont séparées
08:55
with the larger cancer-related
nanoparticles being separated
grâce à un procédé de redirection
et les plus petites et plus saines,
08:59
through a process of redirection
from the smaller, healthier ones,
contrairement aux autres,
09:03
which can in contrast
peuvent passer en zig-zag
à travers les piliers
09:04
move around the pillars
in a zigzag-type motion
dans la direction du flux.
09:07
in the direction of fluid flow.
Nous parvenons ainsi à séparer totalement
ces deux types de particules.
09:10
The net result is a complete separation
of these two particle populations.
Vous pouvez comparer
le processus de séparation
09:15
You can visualize this separation process
avec le trafic sur une autoroute
qui se sépare en deux :
09:19
similar to traffic on a highway
that separates into two roads,
une des routes passe
sous un tunnel assez bas,
09:23
with one road going into
a low-clearance tunnel under a mountain,
alors que l'autre le contourne.
09:26
and the other road going around it.
Ici, les plus petites voitures
peuvent passer par le tunnel
09:28
Here, smaller cars
can go through the tunnel
alors que les camions, qui transportent
peut-être des matières dangereuses
09:31
while larger trucks,
carrying potentially hazardous material,
09:34
are forced to take the detour route.
sont obligés de prendre l'autre route.
Le trafic est donc séparé
selon la taille et le contenu
09:37
Traffic is effectively separated
by size and contents
sans ralentir la circulation.
09:41
without impeding its flow.
Notre système fonctionne exactement
de la même façon, à plus petite échelle.
09:43
And this is exactly how our system works
on a much, much smaller scale.
L'idée est que le processus de séparation
du dépistage puisse se résumer
09:49
The idea here is that
the separation process for screening
09:53
could be as simple as processing
a sample of urine, blood or saliva,
à l'analyse d'un échantillon
d'urine, de sang ou de salive,
ce qui est une possibilité réalisable
dans les prochaines années.
09:57
which is a near-term possibility
within the next few years.
Cela pourrait également être utilisé
pour isoler et détecter des exosomes
10:00
Ultimately, it could be used
to isolate and detect target exosomes
associés à un type
de cancer en particulier,
10:06
associated with
a particular type of cancer,
afin de rendre un diagnostic
en quelques minutes.
10:09
sensing and reporting
their presence within minutes.
Donc un diagnostic rapide
et presque indolore.
10:12
This would make rapid diagnostics
virtually painless.
De manière générale,
10:16
Broadly speaking,
la capacité de séparer les biomarqueurs
10:18
the ability to separate
and enrich biomarkers
avec une précision nanométrique
et de façon automatique,
10:20
with nanoscale precision
in an automated way,
permet de mieux comprendre
les maladies telles que le cancer.
10:24
opens the door to better understanding
diseases such as cancer,
Les applications vont de la préparation
d'échantillon au diagnostic,
10:27
with applications ranging
from sample preparation to diagnostics,
et du suivi de la résistance
aux médicaments à la thérapeutique.
10:31
and from drug resistance
monitoring to therapeutics.
Même avant le cancer de ma femme,
10:35
Even before my wife's bout with cancer,
mon rêve était de faciliter
l'automatisation de ce procédé
10:37
it was a dream of mine to facilitate
the automation of this process --
pour rendre les dépistages réguliers
plus accessibles.
10:41
to make regular screening more accessible,
Tout comme Henry Ford a rendu la voiture
10:44
similar to the way Henry Ford
made the automobile accessible
plus accessible au grand public
10:47
to the general population
grâce à l'invention
de la chaîne de production.
10:49
through development of the assembly line.
L'automatisation est la clef
de l'accessibilité.
10:51
Automation is the key to accessibility.
Dans l'esprit du rêve
du président Hoover,
10:56
And in the spirit of the Hoover dream,
10:58
"a chicken in every pot
and a car in every garage,"
« poule au pot et voiture au garage
pour tout le monde »,
nous développons une technologie
11:01
we're developing a technology
qui pourrait permettre de placer
un système de dépistage du cancer
11:02
that could ultimately place
an early-warning cancer detection system
dans tous les foyers.
11:06
in every home.
Cela donnerait à toutes les familles
11:08
This would allow
every man, woman and child
la possibilité de faire des contrôles
réguliers tant qu'ils sont en bonne santé,
11:10
the opportunity to be regularly tested
while they're still healthy,
pour dépister le cancer
dès son apparition.
11:14
catching cancer when it first emerges.
Je rêve et j'espère
11:17
It is my hope and dream
aider les personnes du monde entier
à ne plus payer le prix
11:18
to help people around the world
avoid the high costs --
- physique, économique et émotionnel -
11:22
physical, financial and emotional --
que payent les patients cancéreux.
11:25
faced by today's cancer patients,
C'est une souffrance que je connais bien.
11:27
hardships that I'm well acquainted with.
Je suis aussi heureux de vous annoncer
que grâce au diagnostic précoce,
11:31
I'm also happy to report that because
we caught my wife's cancer early,
ma femme a été bien traitée
11:35
her treatment was successful,
et elle est aujourd'hui
entièrement guérie.
11:37
and she is now, thankfully, cancer-free.
(Applaudissements)
11:39
(Applause)
C'est le résultat que je voudrais
11:48
It is an outcome that I would like to see
for everyone with a cancer diagnosis.
pour toutes les personnes
atteintes d'un cancer.
Grâce au travail déjà réalisé
par mon équipe
11:53
With the work that my team
has already done
sur la séparation nanométrique
des biomarqueurs
11:55
on separation of nanoscale biomarkers
pour un diagnostic précoce et rapide,
11:58
for rapid, early-stage cancer diagnostics,
j'espère que, dans moins de 10 ans,
12:01
I am optimistic
that within the next decade,
ce genre de technologie sera disponible
12:03
this type of technology will be available,
et nous aidera a protéger nos amis,
notre famille et les générations futures.
12:06
helping protect our friends,
our family and future generations.
Même si nous avons la malchance
d'être atteints d'un cancer,
12:10
Even if we are so unlucky
as to be diagnosed with cancer,
cette alerte précoce nous donnera
une véritable lueur d'espoir.
12:14
that early-stage alarm
will provide a strong beacon of hope.
Merci.
12:18
Thank you.
(Applaudissements)
12:19
(Applause)
Translated by Fanny Galand
Reviewed by Morgane Quilfen

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About the speaker:

Joshua Smith - Cancer fighter
Motivated by his wife's bout with cancer, IBM's Joshua Smith applies his engineering expertise to early diagnosis.

Why you should listen

As a research scientist and technical team lead for IBM's Nanobiotechnology Program, Dr. Joshua Smith researches innovative healthcare technologies at the intersection of engineering and biology to better understand disease progression.

Smith's team recently developed a chip-based solution that can rapidly isolate biomarkers as small as 20 nanometers to help identify cancer development even before symptoms occur. He is a sought-after speaker on the subject of lab-on-a-chip applications for healthcare and his work has been highlighted by Forbes, CNN Money, IEEE Spectrum and Pharma Technology Focus, among other media outlets. As a Research Staff Member and IBM Master Inventor, Smith has co-authored more than a dozen peer-reviewed scientific publications and is a co-inventor of more than 30 issued patents.

Currently, Smith is focusing on the development of a suite of core capabilities to manipulate, separate and detect individual macromolecules, providing a technological backbone for automation in sample preparation, diagnostics and therapeutics. When not with his colleagues in the lab, Smith enjoys teaching tomorrow's researchers and engineers at Columbia University. 


More profile about the speaker
Joshua Smith | Speaker | TED.com