TED日本語 - ジョージ・ホワイトサイド: 切手サイズの検査室

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TED日本語 - ジョージ・ホワイトサイド: 切手サイズの検査室

TED Talks

切手サイズの検査室
A lab the size of a postage stamp
ジョージ・ホワイトサイド
George Whitesides

内容

昔ながらの臨床検査は、必要を要する地域では高価で、扱いにくいものでした。TEDxBostonでのジョージ・ホワイトサイドの解決策は、独創的で、コストゼロで生産でき、誰でも簡単に扱える物でした。

Script

The problem that I want to talk with you about is really the problem of: How does one supply healthcare in a world in which cost is everything? How do you do that? And the basic paradigm we want to suggest to you, I want to suggest to you, is one in which you say that in order to treat disease you have to first know what you're treating -- that's diagnostics -- and then you have to do something.

So, the program that we're involved in is something which we call Diagnostics for All, or zero-cost diagnostics. How do you provide medically relevant information at as close as possible to zero cost? How do you do it? Let me just give you two examples. The rigors of military medicine are not so dissimilar from the third world -- poor resources, a rigorous environment, a series of problems in lightweight, and things of this kind -- and also not so different from the home healthcare and diagnostic system world.

So, the technology that I want to talk about is for the third world, for the developing world, but it has, I think, much broader application, because information is so important in the healthcare system. So, you see two examples here. One is a lab that is actually a fairly high-end laboratory in Africa. The second is basically an entrepreneur who is set up and doing who-knows-what in a table in a market. I don't know what kind of healthcare is delivered there. But it's not really what is probably most efficient.

What is our approach? And the way in which one typically approaches a problem of lowering cost, starting from the perspective of the United States, is to take our solution, and then to try to cut cost out of it. No matter how you do that, you're not going to start with a 100, 000-dollar instrument and bring it down to no-cost. It isn't going to work.

So, the approach that we took was the other way around. To ask, "What is the cheapest possible stuff that you could make a diagnostic system out of, and get useful information, add function?" And what we've chosen is paper. What you see here is a prototypic device. It's about a centimeter on the side. It's about the size of a fingernail. The lines around the edges are a polymer. It's made of paper and paper, of course, wicks fluid, as you know, paper, cloth -- drop wine on the tablecloth, and the wine wicks all over everything. Put it on your shirt, it ruins the shirt. That's what a hydrophilic surface does.

So, in this device the idea is that you drip the bottom end of it in a drop of, in this case, urine. The fluid wicks its way into those chambers at the top. The brown color indicates the amount of glucose in the urine, the blue color indicates the amount of protein in the urine. And the combination of those two is a first order shot at a number of useful things that you want. So, this is an example of a device made from a simple piece of paper.

Now, how simple can you make the production? Why do we choose paper? There's an example of the same thing on a finger, showing you basically what it looks like. One reason for using paper is that it's everywhere. We have made these kinds of devices using napkins and toilet paper and wraps, and all kinds of stuff.

So, the production capability is there. The second is, you can put lots and lots of tests in a very small place. I'll show you in a moment that the stack of paper there would probably hold something like 100,000 tests, something of that kind.

And then finally, a point that you don't think of so much in developed world medicine: it eliminates sharps. And what sharps means is needles, things that stick. If you've taken a sample of someone's blood and the someone might have hepatitis C, you don't want to make a mistake and stick it in you. It just -- you don't want to do that. So, how do you dispose of that? It's a problem everywhere. And here you simply burn it. So, it's a sort of a practical approach to starting on things.

Now, you say, "If paper is a good idea, other people have surely thought of it." And the answer is, of course, yes. Those half of you, roughly, who are women, at some point may have had a pregnancy test. And the most common of these is in a device that looks like the thing on the left. It's something called a lateral flow immunoassay. In that particular test, urine either, containing a hormone called HCG, does or does not flow across a piece of paper. And there are two bars. One bar indicates that the test is working, and if the second bar shows up, you're pregnant.

This is a terrific kind of test in a binary world, and the nice thing about pregnancy is either you are pregnant or you're not pregnant. You're not partially pregnant or thinking about being pregnant or something of that sort. So, it works very well there, but it doesn't work very well when you need more quantitative information.

There are also dipsticks, but if you look at the dipsticks, they're for another kind of urine analysis. There are an awful lot of colors and things like that. What do you actually do about that in a difficult circumstance? So, the approach that we started with is to ask: Is it really practical to make things of this sort? And that problem is now, in a purely engineering way, solved. And the procedure that we have is simply to start with paper. You run it through a new kind of printer called a wax printer. The wax printer does what looks like printing. It is printing. You put that on, you warm it a little bit, the wax prints through so it absorbs into the paper, and you end up with the device that you want.

The printers cost 800 bucks now. They'll make, we estimate that if you were to run them 24 hours a day they'd make about 10 million tests a year. So, it's a solved problem, that particular problem is solved. And there is an example of the kind of thing that you see. That's on a piece of 8 by 12 paper. That takes about two seconds to make. And so I regard that as done. There is a very important issue here, which is that because it's a printer, a color printer, it prints colors. That's what color printers do. I'll show you in a moment, that's actually quite useful.

Now, the next question that you would like to ask is: What would you like to measure? What would you like to analyze? And the thing which you'd most like to analyze, we're a fair distance from. It's what's called "fever of undiagnosed origin." Someone comes into the clinic, they have a fever, they feel bad. What do they have? Do they have T.B.? Do they have AIDS? Do they have a common cold? The triage problem. That's a hard problem for reasons that I won't go through. There are an awful lot of things that you'd like to distinguish among. But then there are a series of things: AIDS, hepatitis, malaria, TB, others and simpler ones, such as guidance of treatment.

Now even that's more complicated than you think. A friend of mine works in transcultural psychiatry, and he is interested in the question of why people do and don't take their meds. So, Dapsone, or something like that, you have to take it for a while. He has a wonderful story of talking to a villager in India and saying, "Have you taken your Dapsone?" "Yes." "Have you taken it every day?" "Yes." "Have you taken if for a month?" "Yes." What the guy actually meant was that he'd fed a 30-day dose of Dapsone to his dog, that morning. (Laughter) He was telling the truth. Because in a different culture, the dog is a surrogate for you, you know, "today," "this month," "since the rainy season" -- there are lots of opportunities for misunderstanding, and so an issue here is to, in some cases, to figure out how to deal with matters that seem uninteresting, like compliance.

Now, take a look at what a typical test looks like. Prick a finger, you get some blood, about 50 microliters. That's about all you're going to get, because you can't use the usual sort of systems. You can't manipulate it very well, although I'll show something about that in a moment. So, you take the drop of blood, no further manipulations, you put it on a little device, the device filters out the blood cells, lets the serum go through, and you get a series of colors down in the bottom there. And the colors indicate "disease" or "normal." But even that's complicated, because to you, to me, colors might indicate "normal," but, after all, we're all suffering from probably an excess of education.

What you do about something which requires quantitative analysis? And so the solution that we and many other people are thinking about there, and at this point there is a dramatic flourish, and out comes the universal solution to everything these days, which is a cell phone. In this particular case, a camera phone. They're everywhere,six billion a month in India. And the idea is that what one does, is to take the device, you dip it, you develop the color, you take a picture, the picture goes to a central laboratory. You don't have to send out a doctor, you send out somebody who can just take the sample, and in the clinic either a doctor, or ideally a computer in this case, does the analysis. Turns out to work actually quite well, particularly when your color printer has printed the color bars that indicate how things work.

So, my view of the health care worker of the future is not a doctor, but is an 18-year-old, otherwise unemployed, who has two things: He has a backpack full of these tests, and a lancet to occasionally take a blood sample, and an AK-47. And these are the things that get him through his day.

There's another very interesting connection here, and that is that what one wants to do is to pass through useful information over what is generally a pretty awful telephone system. It turns out there's an enormous amount of information already available on that subject, which is the Mars rover problem. How do you get back an accurate view of the color on Mars if you have a really terrible bandwidth to do it with? And the answer is not complicated but it's one which I don't want to go through here, other than to say that the communication systems for doing this are really pretty well understood.

Also, a fact which you may not know is that the compute capability of this thing is not so different from the compute capability of your desktop computer. This is a fantastic device which is only beginning to be tapped. I don't know whether the idea of one computer,one child makes any sense. Here's the computer of the future, because this screen is already there and they're ubiquitous.

All right now let me show you just a little bit about advanced devices. And we'll start by posing a little problem. What you see here is another centimeter-sized device, and the different colors are different colors of dye. And you notice something which might strike you as a little bit interesting, which is the yellow seems to disappear, get through the blue, and then get through the red. How does that happen? How do you make something flow through something? And, of course the answer is, "You don't." You make it flow under and over.

But now the question is: How do you make it flow under and over in a piece of paper? The answer is that what you do, and the details are not terribly important here, is to make something more elaborate: You take several different layers of paper, each one containing its own little fluid system, and you separate them by pieces of, literally, double-sided carpet tape, the stuff you use to stick the carpets onto the floor. And the fluid will flow from one layer into the next. It distributes itself, flows through further holes, distributes itself.

And what you see, at the lower right-hand side there, is a sample in which a single sample of blood has been put on the top, and it has gone through and distributed itself into these 16 holes on the bottom, in a piece of paper -- basically it looks like a chip,two pieces of paper thick. And in this particular case we were just interested in the replicability of that. But that is, in principle, the way you solve the "fever of unexplained origin" problem, because each one of those spots then becomes a test for a particular set of markers of disease, and this will work in due course.

Here is an example of a slightly more complicated device. There's the chip. You dip in a corner. The fluid goes into the center. It distributes itself out into these various wells or holes, and turns color, and all done with paper and carpet tape. So, I think it's as low-cost as we're likely to be able to come up and make things.

Now, I have one last,two last little stories to tell you, in finishing off this business. This is one: One of the things that one does occasionally need to do is to separate blood cells from serum. And the question was, here we do it by taking a sample, we put it in a centrifuge, we spin it, and you get blood cells out. Terrific. What happens if you don't have an electricity, and a centrifuge, and whatever? And we thought for a while of how you might do this and the way, in fact, you do it is what's shown here. You get an eggbeater, which is everywhere, and you saw off a blade, and then you take tubing, and you stick it on that. You put the blood in, you spin it -- somebody sits there and spins it. It works really, really well.

And we sat down, we did the physics of eggbeaters and self-aligning tubes and all the rest of that kind of thing, sent it off to a journal. We were very proud of this, particularly the title, which was "Eggbeater as Centrifuge." (Laughter) And we sent it off, and by return mail it came back. I called up the editor and I said, "What's going on? How is this possible?" The editor said, with enormous disdain, "I read this. And we're not going to publish it, because we only publish science." And it's an important issue because it means that we have to, as a society, think about what we value. And if it's just papers and phys. rev. letters, we've got a problem.

Here is another example of something which is -- this is a little spectrophotometer. It measures the absorption of light in a sample The neat thing about this is, you have light source that flickers on and off at about 1,000 hertz, another light source that detects that light at 1,000 hertz, and so you can run this system in broad daylight. It performs about equivalently to a system that's in the order of 100,000 dollars. It costs 50 dollars. We can probably make it for 50 cents, if we put our mind to it. Why doesn't somebody do it? And the answer is, "How do you make a profit in a capitalist system, doing that?" Interesting problem.

So, let me finish by saying that we've thought about this as a kind of engineering problem. And we've asked: What is the scientific unifying idea here? And we've decided that we should think about this not so much in terms of cost, but in terms of simplicity. Simplicity is a neat word. And you've got to think about what simplicity means. I know what it is but I don't actually know what it means.

So, I actually was interested enough in this to put together several groups of people. And the most recent involved a couple of people at MIT,one of them being an exceptionally bright kid who is one of the very few people I would think of who's an authentic genius. We all struggled for an entire day to think about simplicity. And I want to give you the answer of this deep scientific thought. (Laughter) So, in a sense, you get what you pay for. Thank you very much. (Laughter)

皆さんにお話したいのは コストが最優先の世界で いかにヘルスケアを 提供するかという問題です どうしたらいいでしょう? 私が提案したいと思っている 基本的な考え方は 病気を治療するためには まず何を治療しているのか知らなくてはならない、つまり 診断してから対策を行う、ということです

私達はこの活動を「臨床検査を全ての人に」または 「ゼロコストの臨床検査」と呼んでいます 医学的関連のある情報を、どうやったら 限りなくゼロに近いコストで提供できるでしょうか? どうします? 例を二つ挙げましょう 従軍医療の過酷さは、第三世界のそれと さほど違いがありません 資源の少なさ、過酷な環境、 軽量化の問題などなどです それは在宅での看護や診断と さほど変わりません

だから私がお話したいことは 第三世界、開発途上国のためのものですが 幅広く応用が利くと思います なぜなら ヘルスケアシステムでは、情報は非常に重要だからです ここに例が二つあります 一つは、アフリカでは「かなりの」高機能の検査施設です(右下) もうひとつは要するに請負人で 市場のテーブルでセットアップして、よくわからないことをしています どんなヘルスケアかわかりませんが しかしこれはあまり効率的ではないでしょう

我々のアプローチはどんなものか? コストを下げると言う問題に対する 典型的な手法は アメリカ合衆国の視点から出発し まずアメリカ的手法を取り それからコストを下げようとするのです どうやっても 100,000ドルする機器から始めて ゼロコストにはできません 上手くいかない

だから我々は全く逆の方法を取りました 診断に有益な情報を取り出せて うまく機能する診断システムを 作り出せる 最も安価な素材は なにか? 答えは紙でした これは試作品です 一辺が1cmくらいです 爪くらいの大きさです ふちの線は ポリマー(重合体)です 紙で出来ていますから、液体を吸い上げます 紙や布に、テーブルクロスなどにワインをたらすと ワインが染み広がって行きますよね シャツに付けば、だいなしになってしまう 親水性の表面ではそうなります

つまりこの器具の場合は 一番下のところに、一滴 尿をたらします 液体は、上の方にある小部屋まで染みて行きます 尿の中のグルコースの量を茶色で示し タンパク質の量を青色で示します。 これらの組み合わせが 貴重な手がかりの 第一歩となります これが、ただの紙でできた器具の例です

どれくらい簡単にこれを作れるでしょうか? なぜ紙を選んだのか? 実際に指先に乗せてみた例があるので どんな感じのものかわかりますね 紙を使う理由の一つは、それがどこにでもあるからです これらの器具を、ナプキンやトイレットペーパーや 包み紙や、そういったもので 作ったことがあります

つまり生産能力はある 二つ目は、非常にたくさんの検査用具を 小さくまとめられる点です のちほど皆さんに、一束の紙から 10万個かそれくらいの検査用具を 作れることをお見せします

三つ目は、先進国の医学ではあまり 考慮しないことですが 鋭い部分がないのです 鋭い部分とは、針とかそういうものです 採取した誰かの血液が C型肝炎ウィルスを持っているかも知れない場合 間違ってその針を自分に 刺したくはないですよね それに廃棄の問題もあります 紙なら単に燃やせばいい 取りかかりとしては 実践的なアプローチです

でも、紙が丁度いいなら、 みんなそう考えますよね 答えは「もちろん、その通り」です ここにいる大体半分は 女性ですが 妊娠テストを受けた人もいるでしょう その場合、たいていの器具は 左側に示してあるようなものです 「側方流動免疫測定法』」と呼ばれるものです このテストの場合は 「ヒト絨毛性ゴナドトロピン」 というホルモンが尿中にあるかどうかを この紙に流して調べます 線が二本あり、一つ目はテストがちゃんと機能しているかを示し 二つ目の線が現れれば、妊娠しているわけです

二者択一の場合は、これは素晴らしい検査です 妊娠の場合ありがたい事に 「イエス」か「ノー」しかありません 「一部妊娠」とか「妊娠を考え中」とか そういうことはありません この場合は非常にうまく行きます しかしもっと定量的な結果が必要な場合はうまく行きません

ディップスティックもあります このディップスティックは 別の尿検査のためのものです いろんな色がたくさんありますね コストをかけずにどうやって作れるでしょうか? 私達はこう自らに問いかけました: 「こういうモノを作るのは、本当に実用的なのか?」 この問題は完全に技術的な方法で解決されました その手順は、単に紙から始めるだけです 新しタイプの「ワックスプリンター」でやるのです ワックスプリンターは、まあプリンターのようなことをします プリントするんです 電源を入れると、少し暖機します ワックスがプリントされ、紙に染み込みます そして思い通りの器具が出来上がります

プリンターは800ドルくらい 予想では、24時間稼働すれば 年間1000万個の検査器具を生産するでしょう つまりこの問題はこれで解決です だいたいご覧になっているようなものができます 8x12インチの紙にプリントされます 1枚が約2秒くらいでできます 完成と言って良いでしょう ここに大事なポイントがあります これはプリンターなので カラープリンターなので、色が印刷できます それがとても役に立つのです

次に知りたいのは 何を測るのか? ですよね 何を分析するのか? 一番測定したいのは 我々にはあまり縁がないですが 「原因不明の熱」です 誰かが診療所にやってきて 熱があるし、調子が悪い 診断は? 結核か? エイズなのか? ただの風邪か? トリアージ(分別)の問題です 難しい問題です そこまで詳しくは言いませんが 鑑別したいものが非常にたくさんあります エイズ、肝炎、マラリアや 結核などに固有の 診断方法もありますが もっと単純な『治療方針』のようなものもあります

しかしそれでも想像するよりずっと複雑です 私の友人が、比較文化精神医学の仕事をしています 彼は、人々が、なぜ 薬を飲まないのかという問題に関心があります しばらく服用しなくてはならない 「ダプソン」とかいう薬について インドの村人との素晴らしい会話の物語があります: 「ダプソンは飲みましたか?」「はい」 「毎日飲んでいますか?」「はい」 「1ヶ月は飲みましたか?」「はい」 村人が言っているのは、実は 30日分のダプソンを、今朝まとめて 犬に飲ませたということです (笑) 彼はまじめに話しています なぜなら ある文化においては 犬はあなたの代理であり 「今日」「今月」「雨期からずっと」など 誤解の可能性はいくらでもあるからです つまりここでの問題は 「医者の言うことを聞く」といったような なかなか興味を持ってもらえない事も なんとかする必要があるということです

典型的な検査がどうなるかを見てみましょう 指先を刺して、採血します 大体50マイクロリッターくらい それくらいしか得られません 普通の装置は使えません 難しい作業は行えませんから あとからお見せしますが 採血したら、それ以上いじりません そのまま、この器具に垂らします 器具が血球をフィルタし、血清を通過させ 一番下に幾つかの色が 現れます 色が、病気か、正常かを示すのです でもそれでもまだ複雑です 人によって「正常」の色の判断基準が異なりますから 結局のところ、我々は 教育されすぎで困っているのです

定量分析を必要とする場合は どうしたらいいのか? 我々や他の人々が考えた 解決方法、 しかも現在急速に広がりつつあるもので 今日のあらゆることの解決になりつつあるのは 携帯電話です この場合は特にカメラ付き携帯です インドではどこでも手に入り、毎月600万台売れています どうするかというと まずは器具を使って 検査します 色が出ますね その写真を撮ります それを検査センターに送ります 医者を派遣する必要はありません 写真が撮れる人を派遣すればいいわけです 診療所では医者か、この場合は理想的には コンピュータが分析するわけです 特に色見本が印刷してある場合は 結果の評価方法がわかるので 非常に上手く行くことが分かりました

だから私は、将来のヘルスケアワーカーは 医師ではなく バックパック一杯の検査キットおよび たまに採血するための採血針と、 機関銃をもった18歳くらいの少年か 無職の人です。 それで仕事をこなして行くわけです

ここにはもうひとつとても面白いつながりがあります 我々がやりたいのは 有用な情報を、とても品質の悪い 電話システムを使って送ることです この領域に関しては、すでに非常に多くの 情報があります マーズローバーの問題に関してです 非常にわずかしか通信帯域がないのに どうやって火星から正確な色情報を送れたのか? 答えはさほど複雑ではありませんが 今日はその点を追求することはしません ただ、こういうことに使う通信システムは 非常に良く解析されているのです

そして、ご存じないかも知れませんが 携帯電話のもつ計算能力は あなたのデスクトップにあるやつと、さほど 変わりません 携帯電話の可能性は探索され始めたばかりです OLPC(全ての子どもにPCを)計画が意味を持つかわかりませんが コンピュータの未来はこちらにあるでしょう 画面もついていますし、ユビキタスだからです

より進歩した器具をお見せします ちょっとした問題提議から入りましょう これはまた別の1センチサイズの器具です 色の部分はそれぞれ異なる染料です そこでちょっと驚かれるかも知れませんが 面白いのは 黄色い線が途中で消えて 青い線と、次に赤い線を突き抜けていることです 一体どうやって別の色を通り抜けているのか? 答えは「そんなことはしていない」です 上か下を通らせるんです

ではどうやって一枚の紙の上で 上か下を通れるのでしょう? 答えはこうです 細かいことは省きますが もう少し手の込んだものを作ります 紙を何枚も重ねて それぞれの紙に固有の溝を作っておいて それぞれを別々の、穴あきの 両面テープで貼り合わせます あの絨毯を固定するテープと同じです それで液体はある層から次の層へと流れ 穴を伝って、さらに 広がっていきます

それであの右下の図は 上部に垂らされた血液が たどり着いた例です ずーっと広がっていって 底の方では16の穴に入っていきます 紙2枚分の厚さで コンピュータのチップのようにも見えます このケースでは単に複製可能性に 注目しています しかし原理的には、それが 「不明熱」の問題を解決するのです なぜなら、このそれぞれの点が 特定の病気を発見できる マーカーとなるからです その時が来れば役に立ちます

こちらはもう少し複雑な器具です チップがあります 角を浸すと中央まで染みて それからこういうあちこちの 穴に届き、色が変わります 全部、紙と両面テープで出来るんです これが、考え得る 最低コストの製作方法だと思います

さて、このプレゼンの最後に 一つ、二つお話しましょう 一つはこれです 血清から血球を 分離するときに使います 問題は サンプルを取ってやるわけですが 遠心分離をすることになる 回転させ、血球を取り出す すばらしい でももし電気や、遠心分離機が なかったらどうしますか? どうしたらいいかしばらく考えました そして、ご覧のものができたのです 泡だて器がありますね どこにでもあります そこから刃を取り去る そこでチューブを その上に接着します 血液を入れる 回転させる 座ってグルグルやるんです 非常にうまく行きます

我々は泡立て器の物理学やら 自動調心チューブやらいろいろ考えたぞと 機関誌に投稿しました 非常に誇りに思っています 特に表題が 「泡だて器遠心分離機」なので (笑) それを送ったんですが、すぐに返送されてきました 編集者に電話して言いました: 「いったいどういうことなんだ?」 編集者は、明らかに軽蔑しながら言いました 「読んだよ でも出版はしないよ 我々は科学だけを 取り扱うんだ」 これは重要なことで 我々は、社会全体で ものの価値を 考えなくてはいけない 単にPhysical Review Ltters誌だけの 問題ではないのかも?、と

ここで例をもう一つ こっちは分光光度計です サンプルの吸光度を測定します 1000ヘルツくらいで明滅する 光源を準備し もう一つ1000ヘルツの光を検出する光源を用意します なので、日中の光の中でも使えます それで大体、1千万円クラスの 機械と同じ 働きをします たった50ドルですが、5セントまで 下げられるかもしれません。 なぜ誰もやろうとしない なぜか? 「この資本主義社会では、それでは稼げないから」です 興味深い問題です

おわりの言葉です 我々はこれを、工学的問題として考えました そして問いました:「ここでの科学的解決法はなにか?」 そして、問題を コストでなく、単純さの観点で 考えてみることにしました 「単純さ」とは素敵な言葉ですが 意味するところは何でしょう その言葉を知っていますが、本当の意味は知らないのです

そこで、興味が生まれて 何人かの人を集めました 最近来たのはMITの連中で そのうちの一人はものすごく頭が良くて 私が「本物の天才」と認める 数少ない一人でした 我々は一日かけて「単純さ」について考えました 我々がたどり着いた 真に科学的な結論はこうです 「単純なものは壊れようがない」(笑) つまり、払っただけのものが手にはいるわけです どうもありがとう (笑)

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品詞分類

  • 主語
  • 動詞
  • 助動詞
  • 準動詞
  • 関係詞等

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