Notre corps est-il la batterie du futur?

Inspiration d’un chercheur du MIT qui récupère de l’énergie du corps lui-même

Chris Gilbert, MD et Canan Dagdeviren, Ph.D.

Source: Chris Gilbert, MD, Ph.D.

Le 18 septembre 2018, je me suis réveillé très excité. Mon mari et moi avions rendez-vous à 9 heures, au Massachusetts Institute of Technology, à Cambridge, pour interroger le Dr Canan Dagdeviren. Étant de Paris, en France, je n’étais jamais allé au MIT, mais j’avais toujours rêvé de le visiter. Ce jour-là, mon rêve allait se réaliser. J’étais ravie.

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Après un court trajet en taxi (courte mais longue, car la circulation était dense), mon mari Eric et moi sommes arrivés dans un grand bâtiment moderne. Un grand panneau indiquant «Massachusetts Institute of Technology» se trouvait au-dessus de la porte d’entrée. Mon cœur battait la chamade. Mon mari et moi avons grimpé les escaliers menant à la porte d’entrée et avons été accueillis dans le hall par une jeune, belle et mince brune aux cheveux longs et aux yeux bruns remarquablement brillants, vêtue d’un haut coloré et rouge coiffé d’un pantalon blanc. Elle avait un grand sourire et, tendant la main droite, elle dit: “Je suis Canan Dagdeviren, bienvenue au MIT!”

Montant dans un ascenseur jusqu’au 4ème étage, nous l’avons suivie jusqu’à son bureau spacieux.

“Mon bureau a des décorations turques qui me rappellent ma famille et mon pays d’origine”, a déclaré Canan avec fierté. En effet, sur un mur au-dessus de son bureau se trouvait un très vieux tapis fait main.

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«Ce tapis est un cadeau de ma grande tante. Il a plusieurs centaines d’années et toutes ses couleurs sont générées à partir de fleurs. Pour le protéger, je l’ai mis dans le vide », a ajouté Canan avec un sourire, puis nous a emmenés dans un couloir. «Maintenant, laisse-moi te montrer mon laboratoire. Je l’ai fait construire sur mesure avec des murs transparents. »Nous sommes arrivés en dehors d’une vaste zone aux murs transparents et jaunâtres.

Canan Dagdeviren, Ph.D., devant son laboratoire jaune transparent construit sur mesure

Source: Canan Dagdeviren, utilisé avec permission

«Quand j’étais doctorant étudiant dans un groupe de recherche à prédominance masculine, j’ai posé de nombreuses questions pratiques, telles que: comment manipuler des plaquettes (morceaux de matériau semi-conducteur) sans les briser, comment mélanger des polymères, comment brancher vos dispositifs, etc. Les compagnons de laboratoire masculins étaient fatigués de mes questions et cessaient de me répondre. Je passai donc d’innombrables heures du matin au soir pendant des mois dans les laboratoires, à observer le travail de chercheurs chevronnés. Malheureusement, les murs des laboratoires n’étaient pas transparents. Je devais me maquiller chaque fois que je voulais entrer dans les laboratoires stériles. Je me suis promis que, lorsque j’aurais mon propre laboratoire, des murs transparents construits sur mesure seraient installés, de sorte que les étudiants comme moi puissent apprendre en regardant des chercheurs expérimentés de l’extérieur du laboratoire sans demander l’autorisation ni avoir à se préparer pour le stérile. environnement. J’ai tenu ma promesse et j’ai fait construire le laboratoire de mes rêves l’année dernière. De la conception à la construction, la création de ce nouveau laboratoire a pris 9 mois. Les murs ont une teinte jaune empêchant les rayons UV de pénétrer dans les murs transparents (les polymères avec lesquels je travaille peuvent devenir inactifs si des rayons UV les atteignent), et il existe des dispositifs d’aspiration dans le plafond pour filtrer les particules de poussière, laboratoire sous pression négative. Cela fait de mon laboratoire un endroit très propre pour que mon travail soit aussi précis que possible. ”

L’équipe de recherche sous le manteau de Canan Dagdeviren

Source: Canan Dagdeviren, utilisé avec permission

Je n’avais jamais vu un laboratoire avec des murs jaunes transparents, et c’était vraiment fascinant de pouvoir regarder les chercheurs travailler de l’extérieur. L’entrevue de Canan a très bien commencé. Je lui ai posé des questions sur sa vie personnelle et précisément sur son enfance. Qu’est-ce qui l’a motivée à venir aux États-Unis? Pourquoi a-t-elle étudié la science des matériaux et l’ingénierie? Quels étaient ses rêves? Puis je lui ai demandé de décrire les différents projets sur lesquels elle travaillait.

L’histoire inspirante d’une jeune fille en Turquie

À l’âge de cinq ans, Canan, déjà intéressée par la science, souhaitait voir des atomes et, pour ce faire, brisait des pierres dans sa ville natale en Turquie. Lorsque le père de Canan, qui était comptable, a vu Canan briser des pierres, il lui a expliqué que les humains ne pouvaient pas voir les atomes de leurs yeux nus, mais qu’ils avaient besoin d’un microscope électronique pour le faire.

Quelques années plus tard, le père de Canan a donné à Canan un livre sur Marie et Pierre Curie, un livre qui a changé la vie de Canan pour toujours. Dans ce livre, Pierre Curie a démontré qu’un potentiel électrique était généré lors de la compression de cristaux et que, plus tard, l’inverse était vrai, que les cristaux pouvaient changer de forme lorsqu’un champ électrique leur était appliqué. Pierre Curie avait découvert la piézoélectricité (électricité résultant de la compression ou de la pression) en 1880 et Canan, lisant à propos de la piézoélectricité, avait découvert la passion de sa vie. Et si elle pouvait récolter l’électricité produite par la contraction du cœur et d’autres muscles du corps et l’utiliser pour alimenter des appareils mécaniques?

Forte de sa nouvelle passion, Canan décide d’étudier la physique à Ankara, puis la science des matériaux et l’ingénierie à Istanbul.

Après avoir quitté la Turquie pour étudier à Harvard, elle a obtenu une bourse Fulbright pour un doctorat. programme à l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign en 2009.

Ph.D. de Canan conseiller a recommandé qu’elle travaille sur les nanotubes de carbone, mais elle a refusé. Elle voulait travailler sur des matériaux piézoélectriques. Ce qu’elle voulait faire était si nouveau que personne ne pouvait la guider. Cela ne l’a pas découragée. Elle serait mentor elle-même. Elle a complété avec succès son doctorat à l’Université de l’Illinois, puis formation postdoctorale au MIT.

Il y a quatre ans, le comité d’examen des technologies du MIT a sélectionné les 35 meilleurs innovateurs de l’année âgés de moins de 35 ans. À 29 ans, Canan a été l’un des innovateurs de l’année.

Depuis lors, Canan a publié huit études (voir la liste de références), ouvrant la porte à des découvertes majeures.

Cette année, le maire de la municipalité d’Istanbul Avcilar a donné le nom de Canan à un bâtiment de 22 étages situé à Avcilar, une région de la partie européenne d’Istanbul. Canan était à Istanbul le 28 octobre 2018 pour l’inauguration du dortoir des étudiantes Canan Dagdeviren, capable d’accueillir 770 étudiantes.

Quels sont les projets sur lesquels Canan travaille actuellement et pourquoi l’a-t-elle choisis?

Les cinq projets majeurs du Dr Canan Dagdeviren:

Projet 1:

Le grand-père de Canan étant décédé d’une insuffisance cardiaque à 28 ans, Canan travaille actuellement sur un projet qui pourrait sauver la vie de patients cardiaques similaires.

En exploitant le fait que chaque fois que nous bougeons nos jambes, nos bras, nos doigts, etc., nous générons de l’énergie, Canan s’emploie à créer des patchs flexibles qui peuvent être attachés aux vêtements pour récolter cette énergie et la stocker. C’est l’énergie piézoélectrique dont Canan est tombée amoureuse lorsqu’elle a eu connaissance de Pierre Curie.

Dispositif récupérant l’énergie de chaque mouvement cardiaque

Source: Canan Dagdeviren, utilisé avec permission

Nos membres ne sont pas les seuls à bouger; notre cœur, nos poumons et notre diaphragme bougent aussi. Chaque fois que notre cœur bat (notre cœur bat 40 millions de fois par an), chaque fois que nos poumons respirent, chaque fois que notre diaphragme bouge, ils génèrent également de l’énergie. Canan collabore avec des ingénieurs mécaniciens de l’Université de l’Arizona pour installer des implants souples en silicone sur les coeurs bovins et ovins afin de récolter l’énergie des battements cardiaques et de les utiliser pour alimenter un stimulateur cardiaque, par exemple. Actuellement, les stimulateurs cardiaques ont une pile qui doit être changée régulièrement. Cela nécessite une intervention chirurgicale chaque fois que la batterie doit être changée. À l’avenir, l’énergie récupérée de nos battements de coeur pourra peut-être être stockée et alimentée non seulement par les stimulateurs cardiaques, mais également par nos appareils portables, tels que Fitbits.

Projet n ° 2:

Parce que la grand-mère de Canan est décédée du cancer du sein et que la tante bien-aimée de Canan est décédée il y a deux ans à l’âge de 50 ans après une courte bataille de 8 mois contre le cancer du sein, Canan a décidé de trouver un moyen de détecter le cancer du sein à un stade précoce.

Étant donné la fréquence accrue des diagnostics de cancer du sein chez les femmes, Canan a deux questions:

Quels sont les changements dans le tissu mammaire menant au cancer du sein?

Ces changements peuvent-ils être détectés très tôt, permettant ainsi un traitement précoce?

Pour répondre à ces questions, Canan s’emploie à créer des patchs d’échographie flexibles, extensibles, faciles à porter ou à attacher, qui peuvent être placés en soutien-gorge ou directement sur la poitrine, de manière à ce que les femmes soient alertées dès qu’un changement important et inexpliqué se produit dans leur corps. les seins. En créant une échographie mammaire constante, Canan espère détecter les changements prodromaux menant au cancer du sein avant même que le cancer ne commence, permettant ainsi des traitements précoces, de sorte qu’aucune femme ne décède du cancer du sein à l’avenir.

Projet n ° 3:

La femme de l’oncle de Canan étant décédée à l’âge de 38 ans d’une forme mortelle de cancer du cerveau appelée glioblastome multiforme, Canan travaille sur une technologie capable de détecter les changements précoces dans le cerveau et de délivrer des médicaments directement dans la partie du cerveau touchée. À l’avenir, les gens pourront être traités et survivre à ce type de cancer.

Pour atteindre l’objectif de détection précoce de l’activité neuronale anormale, Canan crée des capteurs souples, minces comme un cheveu (200 microns de diamètre), qui peuvent être placés directement dans le cerveau via un tube de guidage en acier inoxydable. Canan appelle ces MiNDS (systèmes d’administration de médicaments neuronaux miniaturisés). Elle espère également détecter, par le biais de changements dans l’activité neuronale, des dysfonctionnements comportementaux et de l’humeur dès leur apparition.

Canan travaille également sur la maladie de Parkinson, en utilisant des souris atteintes de la maladie de Parkinson pour injecter des picolitres d’un médicament directement dans la Substancia Nigra (région du cerveau touchée par la maladie de Parkinson). Le médicament est placé dans un petit réservoir sous la peau, à la base du cou, et une pompe envoie le médicament jusqu’au cerveau, grâce à un contrôle par rétroaction associé à un capteur. La propriété unique des capteurs ultra-fins est qu’ils sont si flexibles qu’ils se déplacent en même temps que l’organe dans lequel ils sont implantés sans l’endommager. Ces aiguilles sont très différentes des aiguilles actuellement utilisées pour la stimulation cérébrale profonde (DBS), qui sont très volumineuses.

À l’avenir, Canan espère utiliser ces mêmes dispositifs pour la chimiothérapie dans d’autres organes difficiles à atteindre, comme le pancréas.

Projet n ° 4:

Canan est en train de créer un tissu dans lequel de nombreux capteurs sont intégrés dans le but de mesurer les changements de pression et de volume dans un corps ou une partie du corps. Canan espère l’appliquer aux vêtements pour bébés afin que ces capteurs puissent détecter instantanément toute anomalie de la respiration ou de la digestion chez un bébé endormi et alerter les parents si le bébé cesse de respirer ou si le bébé a des mouvements anormaux du ventre.

Canan espère également appliquer ce tissu à l’aide de capteurs sur les vêtements des femmes enceintes afin qu’elles puissent immédiatement détecter si le fœtus bouge moins que la normale, ou même s’il arrête tout mouvement. Cela pourrait sauver la vie des enfants.

Projet n ° 5:

S’inspirant des tapis turcs enroulés pour le transport et déroulés en arrivant à destination, Canan crée un dispositif gastro-intestinal à la fois long et plat, à l’image des tapis turcs. Ce dispositif peut être enroulé comme un tapis et placé dans une capsule soluble qui est avalée. L’appareil se déroule ensuite lorsque la capsule se dissout et se fixe à la muqueuse de l’estomac pour mesurer le pH de l’estomac, analyser les mouvements de l’estomac et éventuellement capter l’énergie des contractions de l’estomac. Cela crée quelque chose comme un Fitbit pour l’estomac.

Quel est le rêve du Dr Canan Dagdeviren?

Le rêve de Canan est de comprendre ce qui se passe dans le corps au niveau cellulaire et moléculaire et, ce faisant, de sauver des vies.

Quel est le mécanisme exact du stade prodromique du cancer ou du début de la maladie de Parkinson?

Qu’en est-il de la dépression? Que se passe-t-il dans les neurones juste avant que les gens ne deviennent déprimés ou anxieux? Y a-t-il un changement de température localement? Si oui, quelle est l’ampleur et l’importance de ce changement de température? Y a-t-il une mort neuronale? Comment cela peut-il être utilisé pour prévenir les troubles de l’humeur?

Canan dit: «Les astronautes ont dû se rendre dans l’espace pour comprendre l’univers. de même, la seule façon de comprendre le corps est d’aller dans l’espace intérieur. »Pour cela, elle dit que les ingénieurs sont nécessaires pour créer des capteurs minuscules portables, implantables, connectables, et que les neuroscientifiques, les psychologues et les médecins doivent collaborer avec eux.

Pouvons-nous aller encore plus loin?

Avec l’aide d’ingénieurs, pourrons-nous un jour non seulement guérir les maladies, mais aussi créer des super-humains? Avec plusieurs implants dans notre corps, pourrions-nous contrôler nos émotions, améliorer notre mémoire, notre force cardiaque, notre digestion, notre fertilité et notre puissance musculaire?

L’avenir nous le dira…

J’ai terminé mon entretien en demandant à Canan quel message elle voulait transmettre aux étudiants.

Message du Dr Canan Dagdeviren aux étudiants

“Suivre votre passion. Si les gens vous disent que ce que vous voulez faire n’est pas possible, ne les écoutez pas. Les gens me disaient que ce que je voulais faire était impossible, mais je leur répondais que mon prénom est Canan, qui commence par «Can» pour que je «puisse» le faire. En outre, n’essayez pas d’avoir un impact juste pour le plaisir de le faire. Ce qui compte, c’est que votre projet donne un sens à votre vie. Si vous êtes satisfait de votre projet, il aura un impact. ”

Étant donné le message de Canan aux étudiants, voici ma question:

Quelle est votre passion dans la vie? Y a-t-il quelque chose que vous vouliez faire quand vous étiez enfant et que les gens vous ont dit de ne pas le faire? Travailler sur ce nouveau projet donnerait-il un sens à votre vie et vous rendrait-il heureux?

Références

https://www.annualreviews.org/doi/abs/10.1146/annurev-bioeng-071516-044517

http://stm.sciencemag.org/content/10/425/eaan2742.short

https://www.nature.com/articles/s41551-017-0140-7

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352431616301092

http://science.sciencemag.org/content/354/6316/1109.1.summary

http://rspa.royalsocietypublishing.org/content/472/2194/20160225

https://www.nature.com/articles/nmat4289

https://www.ideals.illinois.edu/handle/2142/73068