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TED@IBM

Joshua Smith: New nanotech to detect cancer early

ジョシュア・スミス: がんを早期発見する新ナノテクノロジー

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Views 912,939

もしも誰もが自宅に早期がん診断システムを持っていたら? ジョシュア・スミスはエクソソームという特殊なバイオマーカーに現れる疾患の痕跡をスキャンするナノバイオテクノロジー「がん警報装置」を開発しており、この未来志向のトークで彼はがん診断法を革新し生命を救うという夢を共有します。

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

"You have cancer."
「あなたはがんです」
00:16
Sadly, about 40 percent of us will hear
those three words within our lifetime,
悲しいことですが約40%の人々は
いつかこの言葉を聞くことになります
00:20
and half will not survive.
そのうち半数は命を落とし
00:25
This means that two out of five
of your closest friends and relatives
これが意味するのは
あなたの近しい友人や親戚の2/5は
00:28
will be diagnosed
with some form of cancer,
何らかのがんの診断を受け
そのうちの1人は
00:32
and one will die.
亡くなるということです
00:35
Beyond the physical hardships,
身体的な苦痛の他にも
00:39
roughly one-third
of cancer survivors here in the US
アメリカのがんサバイバーの
およそ1/3は
00:40
will go into debt from treatment.
治療費で借金を背負うことになり
00:43
And they're at least two and a half times
more likely to declare bankruptcy
がん患者でない人に比べて
少なくとも2.5倍の確率で
00:45
than those without cancer.
破産をしてしまいます
00:49
This disease is pervasive.
この疾患はあらゆるものに影響し
00:51
It's emotionally draining
感情面で消耗させられますし
00:54
and, for many,
多くの人にとっては
00:55
financially destructive.
経済的に破壊的です
00:56
But a cancer diagnosis
doesn't have to be a death sentence.
しかしがんの診断イコール
死亡宣告である必要はありません
00:59
Finding cancer early,
がんをその発生から近いうちに
01:03
closer its genesis,
早期発見することは
01:05
is one of the critical factors
to improving treatment options,
治療の可能性を高め
01:07
reducing its emotional impact
感情的負担を減らし
01:10
and minimizing financial burdens.
経済的負担を最小限に抑える
重要な要因です
01:12
Most importantly,
最も重要である
01:15
finding cancer early --
がんの早期発見は
01:16
which is one of the primary
aims of my research --
—私の重要な研究テーマの
1つですが—
01:18
greatly enhances your odds of survival.
患者の生存率を大きく高めます
01:21
If we just look at the case
of breast cancer for example,
乳がんの例では
01:24
we find that those who are diagnosed
and treated at stage one
ステージ I で診断を受け治療をすれば
01:26
have a five-year survival rate
of nearly 100 percent --
5年生存率は100%に近いのですが
01:30
odds that decrease to just 22 percent
if treated at stage four.
ステージ IV では22%に
減少してしまいます
01:34
And similar trends are found
for colorectal and ovarian cancer.
大腸・直腸がんや卵巣がんにおいても
似たような傾向が見られます
01:40
Now, we're all aware
that an early diagnosis that is accurate
正確な早期診断が
生存に不可欠なのは
01:46
is critical for survival.
明白です
01:51
The problem is that many
cancer diagnostic tools are invasive,
問題は多くのがん診断ツールが
侵襲的で
01:55
costly,
高額で
01:59
often inaccurate
往々にして不正確で
02:00
and they can take an agonizing
amount of time to get the results back.
結果が出るまでに 待ちきれないほど
長い時間がかかることです
02:01
Still worse, when it comes
to some forms of cancer,
更には卵巣がんや
肺がん、すい臓がん
02:06
such as ovarian,
liver or pancreatic cancer,
といった種類のがんには
02:08
good screening methods simply don't exist,
効果的なスクリーニング方法が無く
02:13
meaning that often people wait
until physical symptoms surface,
多くの人々が
後期まで進行したがんを意味する
02:16
which are themselves already
indicators of late-stage progression.
身体的症状が現れるまで
疾患に気付きません
02:20
Like a tornado strike in an area
without an early warning system,
早期警報システムの無い地域に
竜巻が来ても
02:25
there is no alarm to warn,
警告してくれる警報機も無く
02:29
for the danger is already at your doorstep
危険が足元まで迫り
02:31
when your odds of survival
are greatly reduced.
生き延びられる確率が大幅に
減少してしまうようなものです
02:34
Having the convenience and accessibility
of regular screening options
安価で非侵襲的で結果を
より迅速に返してくれる
02:39
that are affordable, noninvasive
and could provide results much sooner,
検診という便利な選択肢に
手が届くということは
02:43
would provide us with a formidable
weapon in the fight against cancer.
がんとの戦いでの
力強い武器となり得るでしょう
02:49
An early warning would allow us
to get out ahead of the disease
早期の警告を使えば
容赦なく現れる症状の
02:54
instead of merely
following in its relentless wake.
後を追うだけでなく
病気に先手を打つことができます
02:57
And this is exactly what I've been doing.
—これが私がやってきたことです
03:00
For the past three years,
I've been developing technologies
私は過去3年間
03:02
that could ultimately aid clinicians
臨床医たちが早期がん診断を
03:05
with rapid, early-stage
cancer diagnostics.
迅速にできる技術を
開発してきました
03:07
And I've been fueled
by a deep scientific curiosity,
私は科学的好奇心と
これら統計の表す数字を変えるのだという
03:10
and a passion to change these statistics.
情熱に動機付けられてきました
03:14
Last year however,
しかし昨年
03:18
this fight became much more personal
私の妻が乳がんと診断されてから
03:20
when my wife was diagnosed
with breast cancer.
この戦いはもっと
個人的なものとなりました
03:24
It was an experience that added a strong
and unexpected emotional dimension
この経験は予期していなかった
強烈な感情の世界を
03:27
to these efforts.
私の戦いに加えました
03:32
I know firsthand how life-altering
treatment can be,
私はがん治療が人生を変えてしまう
ということを身を以て知っていますし
03:35
and I'm keenly aware
of the emotional havoc
がんが家庭にもたらす感情的被害を
03:39
that cancer can wreak on a family,
私も 若い娘たち2人も
03:42
which in our case
included our two young daughters.
良く理解しています
03:44
Because we found it early
during a routine mammogram,
定期検診のマンモグラムで
早期にがんを発見し
03:48
we were able to focus
primarily on treatment options
主に局部腫瘍の治療だけで
03:51
for the localized tumor,
済みましたので
03:55
reaffirming to me
how important an early diagnosis is.
早期診断の大切さを
再確認しました
03:56
Unlike other forms of cancer,
他のがんと違って
04:02
mammograms do offer an early-stage
screening option for breast cancer.
マンモグラムでは
乳がん早期診断のための検診が受けられます
04:05
Still, not everyone has this done,
しかし皆が検診を受けておらず
04:09
or they may develop breast cancer
マンモグラムを受けるよう
04:11
before the middle age recommendation
for having a mammogram.
勧められる年齢になる前に
乳がんになってしまったりします
04:12
So, there's still
a lot of room for improvement,
ですからスクリーニングが
できるがんについても
04:17
even for cancers
that do have screening options,
まだまだ改善の余地があり
04:19
and, of course, considerable benefits
for those that don't.
定期検診を受けない人々にとっても
大いに有益です
04:22
A key challenge then
for cancer researchers
がん研究者たちの主たる課題は
04:25
is to develop methods
様々な種類のがんの
04:28
that make regular screening
for many types of cancers
定期検診を行う方法を開発し
04:29
much more accessible.
より利用し易くすることです
04:33
Imagine a scenario
where during your regular checkup,
定期検診で
04:35
your doctor can take
a simple, noninvasive urine sample,
医師がごく簡単な採尿
あるいはその他の種類の
04:39
or other liquid biopsy,
液体生検を行い
04:42
and present you with the results
before you even leave the doctor's office.
その場で結果を教えてくれるという
状況を想像してください
04:44
Such a technology could
dramatically reduce the number of people
このような技術はがん早期発見の
網の目から漏れてしまう
04:48
who slip through the net
of an early-stage cancer diagnosis.
患者の数を劇的に減らせるのです
04:52
My research team
of engineers and biochemists
私の生化学・工学研究チームは
04:56
is working on exactly this challenge.
まさにこの課題に取り組んでいます
04:59
We're working on ways to frequently
activate an early-stage cancer alarm
健康なうちから定期検診を始められる
方法を開発することで
05:02
by enabling regular screenings
that would start when a person is healthy
頻繁に早期がん警報を鳴らし
05:07
so that action could be taken
to stop cancer the moment it emerges,
がんが発生次第
それが初期以降に発展する前に
05:11
and before it can progress
beyond its infancy.
即座にアクションを
取れるようにするのです
05:16
The silver bullet in this case
are tiny vesicles,
技術上の鍵となる銀の弾丸は小胞であり
これは「エクソソーム」と呼ばれ
05:20
little escape pods regularly shed
by cells called exosomes.
細胞から定期的に放出される
小さな脱出ポッドのようなものです
05:23
Exosomes are important biomarkers
エクソソームは重要なバイオマーカーで
05:28
that provide an early-warning system
for the development of cancer.
がん進行の早期警報システムとなります
05:31
And because they're abundantly present
in just about every bodily fluid,
そして血液、尿、唾液といった
あらゆる体液に
05:35
including blood, urine and saliva,
豊富に存在するため
05:39
they're extremely attractive
for noninvasive liquid biopsies.
非侵襲的液体生検の方法として
非常に魅力的です
05:41
There's just one problem.
しかし 問題が一つあります
05:47
An automated system for rapidly sorting
these important biomarkers
これら重要なバイオマーカーを
迅速に選別する自動技術は
05:48
is not currently available.
今のところ存在しません
05:52
We've created a technology
that we call nano-DLD
そして我々はこれを可能にする技術
05:55
that is capable of precisely this:
「ナノDLD」を生み出しました
05:59
automated exosome isolation
高速がん診断のため
06:01
to aid rapid cancer diagnostics.
エクソソーム自動分離を行う技術です
06:04
Exosomes are the newest
early-warning weapon, if you will,
エクソソームは液体生検分野に現れた
06:08
to emerge on the liquid biopsy front.
いわば最新の早期警報のツールと言えます
06:11
And they're really, really small.
エクソソームのサイズは極めて小さく
06:13
They measure just 30 to 150
nanometers in diameter.
直径が30〜150ナノメートル
ほどしかありません
06:16
This is so tiny
とても小さいので
06:20
that you could fit about a million
of them into a single red blood cell.
百万個のエクソソームを
1個の赤血球に収められるほどです
06:21
That's roughly the difference
between a golf ball
その大きさは およそ
ゴルフボールと
06:25
and a fine grain piece of sand.
1粒の砂くらい違います
06:28
Once thought to be little bins
for unwanted cellular waste,
エクソソームは細胞が放出する
老廃物を含んだ小胞と考えられていましたが
06:30
it has been found
that cells actually communicate
実は細胞が細胞表面受容体や
06:34
by producing and absorbing these exosomes
たんぱく質や遺伝子物質などを含んだ
エクソソームを分泌し
06:37
which contain surface receptors,
それを他の細胞が取り込むことで
06:40
proteins and other genetic material
collected from their cell of origin.
情報を伝達し合うことが
解明されました
06:43
When absorbed by a neighboring cell,
隣接する細胞に吸収される時
06:48
exosomes release their contents
into the receiving cell,
エクソソームはその内容物を
隣接細胞中に放出し
06:51
and can set in motion
fundamental changes in gene expression --
遺伝子の発現において基本的な
変化を起こさせます
06:55
some good,
良い変化もありますが
06:58
and this is where cancer comes in,
がん細胞が関係する時は
06:59
some bad.
悪い変化もあります
07:01
Because they are clothed
in the material of the mother cell,
エクソソームはそれを放出する細胞に
由来する物質で包まれており
07:02
and contain a sample of its environment,
由来環境の一部を
含んでいるので
07:06
they provide a genetic snapshot
of that cell's health and its origin.
細胞の健康状態とその由来に関する
遺伝子的情報を提供します
07:08
All of these qualities
make exosomes invaluable messengers
こうした性質を持つので
エクソソームは 医師たちが
07:15
that potentially allow physicians
細胞レベルで聞き耳を立てることを
07:18
to eavesdrop on your health
at the cellular level.
可能にする極めて貴重な
メッセンジャーとなります
07:20
To catch cancer early, however,
がんを早期に発見するには
07:24
you have to frequently
intercept these messages
こうしたメッセージを頻繁に傍受し
07:25
to determine when cancer-causing
troublemakers within your body
がんの原因となる細胞がいつ体内で
叛乱を起こそうとしているかを
07:28
decide to start staging a coup,
突き止める必要があります
07:32
which is why regular
screening is so critical
これが定期検診が非常に重要な理由でもあり
07:34
and why we're developing
technologies to make this possible.
我々がその技術の開発努力を
している理由でもあります
07:37
While the first exosome-based diagnostics
emerged on the market just this year,
最初のエクソソーム・ベースの
診断法が今年市場に登場しましたが
07:41
they are not yet part
of mainstream healthcare options.
未だ医療の選択肢として
主流ではありません
07:46
In addition to their recent emergence,
この技術が
07:51
another factor that's limiting
their widespread adoption
広く普及するのを妨げている要因は
07:53
is that currently, no automated
exosome isolation system exists
定期検診を手の届く価格にできる
07:56
to make regular screening
economically accessible.
自動エクソソーム分離システムが
現存しないことです
08:00
The current gold standard
for exosome isolation
現在の確立された
エクソソーム分離方法は
08:04
includes ultracentrifugation,
「超遠心分離」という方法で
08:07
a process requiring
expensive laboratory equipment,
高額な研究機器や
08:09
a trained lab tech
経験を積んだ技術者
08:12
and about 30 hours of time
to process a sample.
約30時間にのぼる処理時間を
必要とします
08:14
We've come up with a different approach
for achieving automated exosome isolation
我々は例えば尿などのサンプルから
自動的にエクソソーム分離をするという
08:18
from a sample such as urine.
新たな手法を生み出しました
08:23
We use a chip-based, continuous flow
separation technique
マイクロチップを用いた
「決定的側方変位(DLD)」法 と呼ばれる
08:25
called deterministic lateral displacement.
連続フロー分離システムです
08:29
And we have done with it
我々はそれを用いて
08:32
what the semiconductor industry has done
so successfully for the past 50 years.
半導体産業が過去50年で
成し遂げたことを達成しました
08:34
We shrunk the dimensions
of this technology
この技術のスケールを
08:38
from the micron scale
to the true nanoscale.
マイクロからナノへ縮小したのです
08:40
So how does it work?
その仕組みをご紹介します
08:44
In a nutshell,
つまり
08:46
a set of tiny pillars
separated by nanoscopic gaps
ナノスケールの隙間で
並んだ小さな柱が
08:47
are arranged in such a way
液体をいくつもの小さな流れに
08:51
that the system divides
the fluid into streamlines,
分割するように配置され
08:52
with the larger cancer-related
nanoparticles being separated
がんに関連した大きなナノ粒子と
08:55
through a process of redirection
from the smaller, healthier ones,
柱の間を流れの方向に沿って
ジグザグに進む
08:59
which can in contrast
もっと小さな
09:03
move around the pillars
in a zigzag-type motion
健康な粒子とを振り分けるように
09:04
in the direction of fluid flow.
作用します
09:07
The net result is a complete separation
of these two particle populations.
このようにしてこれら2種類の粒子を
完全に分離することができます
09:10
You can visualize this separation process
この分離プロセスのイメージは
09:15
similar to traffic on a highway
that separates into two roads,
2つに分岐するハイウェイの
09:19
with one road going into
a low-clearance tunnel under a mountain,
1つは山の中の天井の低いトンネルへ伸び
09:23
and the other road going around it.
もう1つはそれを迂回するのに似ています
09:26
Here, smaller cars
can go through the tunnel
小さな車はトンネルを通ることができて
09:28
while larger trucks,
carrying potentially hazardous material,
危険な物質を積む大きなトラックは
09:31
are forced to take the detour route.
迂回することになります
09:34
Traffic is effectively separated
by size and contents
交通は流れを塞き止めることなく
大きさと内容物によって
09:37
without impeding its flow.
分離されます
09:41
And this is exactly how our system works
on a much, much smaller scale.
我々のシステムは
これをぐっと縮小したものです
09:43
The idea here is that
the separation process for screening
こうなると
診断のための分離プロセスは
09:49
could be as simple as processing
a sample of urine, blood or saliva,
尿、血液、唾液を使った検査くらい
簡単になるでしょう
09:53
which is a near-term possibility
within the next few years.
これが今後数年間の
短期的な見通しです
09:57
Ultimately, it could be used
to isolate and detect target exosomes
究極にはある種のがん細胞に特有な
10:00
associated with
a particular type of cancer,
標的エクソソームを単離・検知し
10:06
sensing and reporting
their presence within minutes.
数分以内にその存在を
感知し知らせます
10:09
This would make rapid diagnostics
virtually painless.
これは迅速ながん診断を
非常に簡単にします
10:12
Broadly speaking,
一般的に言って
10:16
the ability to separate
and enrich biomarkers
自動機械を使い
ナノスケールの正確さで
10:18
with nanoscale precision
in an automated way,
バイオマーカーを
分離し、濃縮します
10:20
opens the door to better understanding
diseases such as cancer,
この技術を試料調製から診断
10:24
with applications ranging
from sample preparation to diagnostics,
薬剤耐性や治療法まで幅広く応用でき
10:27
and from drug resistance
monitoring to therapeutics.
がんのような疾患の理解を
更に深める扉を開くでしょう
10:31
Even before my wife's bout with cancer,
妻ががんに罹患する前も
10:35
it was a dream of mine to facilitate
the automation of this process --
このプロセスを自動化し
10:37
to make regular screening more accessible,
定期検診をもっと手に届く
身近なものにするのは私の夢でした
10:41
similar to the way Henry Ford
made the automobile accessible
ヘンリー・フォードが
ライン生産方式を用いて
10:44
to the general population
自動車を
10:47
through development of the assembly line.
大衆にとって身近なものにしたように
10:49
Automation is the key to accessibility.
自動化はアクセシビリティへの鍵です
10:51
And in the spirit of the Hoover dream,
フーバー大統領の夢みた
10:56
"a chicken in every pot
and a car in every garage,"
「全ての鍋に鶏肉を
全てのガレージに車を」の精神に則って
10:58
we're developing a technology
私たちは全ての家庭に
11:01
that could ultimately place
an early-warning cancer detection system
がんの早期診断警告システムを届ける技術を
11:02
in every home.
開発しています
11:06
This would allow
every man, woman and child
これは大人から子供まで
すべての人々が
11:08
the opportunity to be regularly tested
while they're still healthy,
健康なうちに定期検診を受け
がんをその萌芽期に
11:10
catching cancer when it first emerges.
発見することができるということです
11:14
It is my hope and dream
私の夢は
11:17
to help people around the world
avoid the high costs --
世界中の人々が
こんにちがん患者たちが払う—
11:18
physical, financial and emotional --
私もよく知る 身体的、経済的
11:22
faced by today's cancer patients,
そして感情的にも高い代償や
11:25
hardships that I'm well acquainted with.
苦難を免れる手助けをすることです
11:27
I'm also happy to report that because
we caught my wife's cancer early,
ちなみに
早期にがんを発見できたお陰で
11:31
her treatment was successful,
私の妻の治療は成功し
11:35
and she is now, thankfully, cancer-free.
彼女はがんを克服しました
11:37
(Applause)
(拍手)
11:39
It is an outcome that I would like to see
for everyone with a cancer diagnosis.
がんと診断されたあらゆる患者に
そうなって欲しいと思っています
11:48
With the work that my team
has already done
私のチームが実現した
11:53
on separation of nanoscale biomarkers
ナノスケールの
バイオマーカー分離技術で
11:55
for rapid, early-stage cancer diagnostics,
迅速な早期がん診断をもって
11:58
I am optimistic
that within the next decade,
十年の内にはきっと
12:01
this type of technology will be available,
このような技術が手元に届き
12:03
helping protect our friends,
our family and future generations.
友人や家族 未来の世代を
守ってくれているでしょう
12:06
Even if we are so unlucky
as to be diagnosed with cancer,
もし不幸にもがんと診断されてしまっても
12:10
that early-stage alarm
will provide a strong beacon of hope.
早期警告システムが輝く希望の光を
灯してくれるでしょう
12:14
Thank you.
ありがとうございました
12:18
(Applause)
(拍手)
12:19
Translated by Eriko T.
Reviewed by Masaki Yanagishita

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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