Il nostro corpo è la batteria del futuro?

Ispirazione da un ricercatore del MIT che sta raccogliendo energia dal corpo stesso

Chris Gilbert, M.D., Ph.D.

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

Fonte: Chris Gilbert, MD, Ph.D.

Il 18 settembre 2018 mi sono svegliato davvero emozionato. Mio marito ed io avevamo un appuntamento alle 9:00 al Massachusetts Institute of Technology di Cambridge per intervistare il dottor Canan Dagdeviren. Essendo originario di Parigi, in Francia, non ero mai stato nel MIT, ma avevo sempre sognato di visitarlo. Quel giorno, il mio sogno stava per avverarsi. Sono rimasto basito.

Dopo una breve corsa in taxi (a breve distanza, ma molto tempo, perché il traffico era pesante), io e mio marito Eric arrivammo in un grande e moderno edificio. Un grande cartello con la scritta “Massachusetts Institute of Technology” era sopra la porta d’ingresso. Il mio cuore stava correndo per l’eccitazione. Io e mio marito salimmo le scale che portavano alla porta d’ingresso e ci incontrammo nella hall da una giovane, magra, bella bruna con i capelli lunghi e gli occhi castani sorprendentemente luminosi, che indossavano un top rosso e bianco colorato sopra pantaloni bianchi. Aveva un grande sorriso sulla sua faccia e, tendendo la mano destra, disse: “Sono Canan Dagdeviren, benvenuto al MIT!”

Salendo su un ascensore fino al quarto piano, la seguimmo nel suo spazioso ufficio.

“Il mio ufficio ha decorazioni turche che mi ricordano la mia famiglia e il mio paese”, ha detto Canan con orgoglio. In effetti, su una parete sopra la sua scrivania c’era un tappeto molto vecchio fatto a mano.

“Questo tappeto è un regalo della mia prozia. Ha diverse centinaia di anni e tutti i suoi colori sono generati dai fiori. Per proteggerlo, l’ho messo in una cornice del vuoto “, ha aggiunto Canan con un sorriso, per poi portarci lungo un corridoio. “Ora lascia che ti mostri il mio laboratorio. L’ho fatto su misura con pareti trasparenti. “Siamo arrivati ​​fuori da una vasta area con pareti gialle trasparenti.

Canan Dagdeviren, used with permission

Canan Dagdeviren, Ph.D., di fronte al suo laboratorio giallo trasparente e personalizzato

Fonte: Canan Dagdeviren, usato con permesso

“Quando ero un dottorato di ricerca studente in un gruppo di ricerca dominato dagli uomini, ho fatto molte domande pratiche, come come gestisci i wafer (pezzi sottili di materiale semiconduttore) senza romperli, come mischia i polimeri, come si collegano i dispositivi, ecc., ma io i compagni di laboratorio maschi si stancarono delle mie domande e smisero di rispondermi, così passai innumerevoli ore dalla mattina alla sera per mesi nei laboratori, osservando come funzionavano i ricercatori esperti. Sfortunatamente, i muri dei laboratori non erano trasparenti, quindi dovevo alzarmi ogni volta che volevo entrare nei laboratori sterili. Mi sono ripromesso che quando avevo il mio laboratorio, avrei creato pareti trasparenti personalizzate, in modo che gli studenti come me potessero imparare osservando ricercatori esperti da fuori dal laboratorio senza chiedere permessi o dover andare in camice per entrare nella sterile ambiente. Ho mantenuto la mia promessa e ho realizzato il mio laboratorio dei sogni l’anno scorso. Dalla progettazione alla costruzione, questo nuovo laboratorio ha impiegato 9 mesi per essere creato. Le pareti hanno una tinta gialla in modo che la luce UV non possa penetrare le pareti trasparenti (i polimeri con cui sto lavorando potrebbero diventare inattivi se la luce UV arriva a loro), e ci sono dispositivi di aspirazione nel soffitto per filtrare le particelle di polvere, mantenendo laboratorio sotto pressione negativa. Questo rende il mio laboratorio un posto molto pulito in modo che il mio lavoro possa essere il più preciso possibile. ”

Canan Dagdeviren, used with permission

Il team di ricerca di Canan Dagdeviren

Fonte: Canan Dagdeviren, usato con permesso

Non avevo mai visto un laboratorio con pareti gialle trasparenti, ed era davvero affascinante poter osservare i ricercatori lavorare dall’esterno. L’intervista di Canan è iniziata molto bene. Le ho chiesto della sua vita personale e precisamente della sua infanzia. Cosa l’ha motivata a venire negli Stati Uniti? Perché ha studiato scienza dei materiali e ingegneria? Quali erano i suoi sogni? Poi le ho chiesto di descrivere i diversi progetti a cui stava lavorando.

La storia ispiratrice di una ragazza in Turchia

All’età di 5 anni, Canan, già interessato alla scienza, voleva vedere gli atomi e, per farlo, stava distruggendo pietre nella sua città natale in Turchia. Quando il padre di Canan, che era un contabile, vide Canan distruggere pietre, le spiegò che gli umani non potevano vedere gli atomi con i loro occhi nudi, ma avevano bisogno di un microscopio elettronico per farlo.

Alcuni anni dopo, il padre di Canan diede a Canan un libro su Marie e Pierre Curie, un libro che cambiò la vita di Canan per sempre. In quel libro, Pierre Curie dimostrò che un potenziale elettrico veniva generato quando i cristalli erano compressi, e più tardi che era vero il contrario, che i cristalli potevano cambiare forma quando veniva applicato un campo elettrico. Pierre Curie aveva scoperto la piezoelettricità (elettricità derivante da compressione o pressione) nel 1880 e Canan, leggendo sulla piezoelettricità, aveva scoperto la passione della sua vita. E se potesse raccogliere l’elettricità prodotta dalla contrazione del cuore e degli altri muscoli del corpo e usare quella elettricità per alimentare i dispositivi meccanici?

Alimentato dalla sua nuova passione, Canan decise di studiare fisica ad Ankara, poi di scienza dei materiali e ingegneria a Istanbul.

Dopo aver lasciato la Turchia per studiare ad Harvard, ha ottenuto una borsa di studio Fulbright per un dottorato di ricerca. programma presso l’Università dell’Illinois a Urbana-Champaign nel 2009.

Il dottorato di Canan consigliere ha raccomandato di lavorare su nanotubi di carbonio, ma lei ha rifiutato. Voleva lavorare su materiali piezoelettrici. Quello che voleva fare era così nuovo che nessuno poteva guidarla. Questo non l’ha dissuasa. Lei si farebbe da guida. Ha completato con successo il suo dottorato di ricerca. presso l’Università dell’Illinois, quindi la formazione post-dottorato al MIT.

Quattro anni fa, il comitato di revisione della tecnologia del MIT ha selezionato i 35 migliori innovatori dell’anno che avevano meno di 35 anni. A 29 anni, Canan era uno degli innovatori dell’anno.

Da allora, Canan ha pubblicato otto studi (vedi la lista dei riferimenti), aprendo la porta per le principali scoperte.

Quest’anno, il sindaco di Istanbul Avcilar Municipality ha dato il nome di Canan a un edificio di 22 piani ad Avcilar, una regione nella parte europea di Istanbul. Canan era a Istanbul il 28 ottobre 2018, per l’inaugurazione del dormitorio studentesco Canan Dagdeviren, in grado di ospitare 770 studentesse universitarie.

Quali sono i progetti a cui Canan sta lavorando attualmente, e perché ha scelto quelli?

I cinque principali progetti del Dr. Canan Dagdeviren:

Progetto n. 1:

Poiché il nonno di Canan è morto a 28 anni per insufficienza cardiaca, Canan sta lavorando a un progetto che potrebbe salvare la vita a pazienti affetti da cardiopatie simili.

Sfruttando il fatto che ogni volta che muoviamo le nostre gambe, braccia, dita, ecc., Generiamo energia, Canan sta lavorando per creare patch flessibili che possano essere attaccate ai capi per raccogliere quell’energia e immagazzinarle. Questa è l’energia piezoelettrica di cui Canan si era innamorata quando ha letto di Pierre Curie.

Canan Dagdeviren, used with permission

Dispositivo che raccoglie energia da ogni movimento cardiaco

Fonte: Canan Dagdeviren, usato con permesso

Le nostre membra non sono le uniche in movimento; anche il nostro cuore, i polmoni e il diaframma si muovono. Ogni volta che il nostro cuore batte (il nostro cuore batte 40 milioni di volte all’anno), ogni volta che i nostri polmoni respirano, ogni volta che il nostro diaframma si muove, anche loro generano energia. Canan sta lavorando con ingegneri meccanici dell’Università dell’Arizona per posizionare protesi al silicone flessibili su cuori di bovini e ovini per raccogliere l’energia dai battiti del cuore e usare quell’energia per alimentare un pacemaker cardiaco, per esempio. Attualmente i pacemaker hanno una batteria che deve essere cambiata regolarmente. Ciò richiede un intervento chirurgico ogni volta che è necessario sostituire la batteria. In futuro, l’energia raccolta dai nostri battiti cardiaci può forse essere immagazzinata e alimentare non solo i pacemaker, ma anche i nostri dispositivi elettronici indossabili, come Fitbits.

Progetto n. 2:

Perché la nonna di Canan è morta per cancro al seno, e poiché l’amata zia di Canan è morta due anni fa all’età di 50 anni dopo una breve battaglia di 8 mesi con il cancro al seno, Canan ha deciso di trovare un modo per individuare il cancro al seno presto.

Data l’aumentata frequenza delle diagnosi di cancro al seno nelle donne, Canan ha due domande:

Quali sono i cambiamenti nel tessuto mammario che portano al cancro al seno?

Questi cambiamenti possono essere rilevati in una fase molto precoce, consentendo un trattamento precoce?

Per rispondere a queste domande, Canan sta lavorando alla creazione di patch ultrasottili flessibili, estensibili, indossabili o collegabili che possono essere collocati nei reggiseni o direttamente sul seno stesso, in modo che le donne vengano allertate non appena si verifica un cambiamento evidente inspiegabile nella loro seni. Creando un’ecografia del seno costante, Canan spera di scoprire i cambiamenti prodromici che portano al cancro al seno ancor prima che inizi il cancro, consentendo trattamenti precoci, in modo che in futuro nessuna donna muoia di cancro al seno.

Progetto n. 3:

Poiché la moglie dello zio di Canan è morta a 38 anni da una forma mortale di cancro al cervello chiamata glioblastoma multiforme, Canan sta lavorando su una tecnologia in grado di rilevare i primi cambiamenti nel cervello e può fornire farmaci direttamente nella parte del cervello che è malata, in modo che in il futuro, le persone possono essere curate e sopravvivere a questi tipi di cancro.

Per raggiungere l’obiettivo di una diagnosi precoce di attività neuronale anormale, Canan sta creando sensori flessibili e sottili (200 micron di diametro) che possono essere posizionati direttamente all’interno del cervello attraverso un tubo di guida in acciaio inossidabile. Canan chiama quei MiNDS (sistemi miniaturizzati per la somministrazione di farmaci neuronali). Spera anche di rilevare, attraverso cambiamenti nell’attività neuronale, disfunzioni comportamentali e dell’umore non appena iniziano.

Canan sta anche lavorando alla malattia di Parkinson, usando topi affetti dal morbo di Parkinson per iniettare picolitri di un farmaco direttamente nella Substancia Nigra (regione del cervello affetta dal morbo di Parkinson). Il farmaco è posto in un piccolo serbatoio sotto la pelle alla base del collo, e una pompa sta ricevendo il farmaco fino al cervello, grazie ad un controllo di feedback collegato a un sensore. La proprietà unica dei sensori sottili è che sono così flessibili che si muovono contemporaneamente all’organo in cui vengono impiantati senza danneggiarli. Questi aghi sono molto diversi dagli aghi attualmente utilizzati per la Deep Brain Stimulation (DBS), che sono molto voluminosi.

In futuro, Canan spera di utilizzare quegli stessi dispositivi per la chemioterapia in altri organi che sono difficili da raggiungere come il pancreas.

Progetto n. 4:

Canan sta creando un tessuto con più sensori incorporati al suo interno con l’obiettivo di misurare le variazioni di pressione e volume in una parte del corpo o del corpo. Canan spera di applicarlo ai vestiti per bambini, in modo che quei sensori possano rilevare immediatamente qualsiasi anomalia respiratoria o digestiva in un bambino che dorme e avvisare i genitori se il bambino smette di respirare o se il bambino ha movimenti anormali del ventre.

Canan spera anche di applicare questo tessuto con i sensori agli abiti delle donne in gravidanza, in modo che possano immediatamente rilevare se il feto si muove meno del normale, o addirittura si ferma ogni movimento. Questo potrebbe salvare la vita dei bambini.

Progetto n. 5:

Ottenendo l’idea dai tappeti turchi arrotolati per il trasporto e srotolati quando arrivano a destinazione, Canan sta creando un dispositivo gastro-intestinale piatto e lungo, come i tappeti turchi. Questo dispositivo può essere arrotolato come un tappeto e inserito in una capsula dissolvibile, che viene ingerita. Il dispositivo si srotola quando la capsula si dissolve e si attacca al rivestimento dello stomaco per misurare il pH dello stomaco, analizzare i movimenti dello stomaco e possibilmente raccogliere energia dalle contrazioni dello stomaco. Questo crea qualcosa come un Fitbit per lo stomaco.

Qual è il sogno del dottor Canan Dagdeviren?

Il sogno di Canan è quello di capire cosa sta accadendo all’interno del corpo a livello cellulare e molecolare, e così facendo, per essere in grado di salvare le vite delle persone.

Qual è l’esatto meccanismo dello stadio prodromico del cancro o l’inizio della malattia di Parkinson?

Che mi dici della depressione? Cosa sta succedendo nei neuroni appena prima che le persone si sentano depresse o ansiose? C’è un cambio di temperatura localmente? Se sì, quanto è grande e significativo questo cambio di temperatura? C’è una morte neuronale? Come può essere usato per prevenire i disturbi dell’umore?

Canan dice: “Gli astronauti dovevano andare nello spazio esterno per capire l’universo; allo stesso modo, l’unico modo per capire il corpo è andare nello spazio interno. “Per questo, dice che gli ingegneri sono necessari per creare sensori indossabili, impiantabili, collegabili e minuscoli, e neuroscienziati, psicologi e medici devono collaborare con gli ingegneri.

Potremmo fare ancora di più?

Con l’aiuto di ingegneri, un giorno saremo in grado non solo di curare le malattie, ma di creare super-umani? Con più impianti all’interno del nostro corpo, potremmo controllare le nostre emozioni, migliorare la nostra memoria, la forza cardiaca, la digestione, la fertilità e la potenza muscolare?

Il futuro dirà …

Ho concluso la mia intervista chiedendo a Canan quale messaggio voleva dare agli studenti.

Il messaggio del dottor Canan Dagdeviren agli studenti

“Segui la tua passione. Se le persone ti dicono che ciò che vuoi fare non è possibile, non ascoltarli. La gente mi diceva che quello che volevo fare era impossibile, ma ero solito rispondere che il mio nome è Canan che inizia con “Can”, quindi “posso” farlo. Inoltre, non cercare di essere di impatto solo per il gusto di farlo. Ciò che conta è che il tuo progetto dia un senso alla tua vita. Se sei soddisfatto del tuo progetto, sarà di grande impatto. ”

Dato il messaggio di Canan agli studenti, ecco la mia domanda per voi :

Qual è la tua passione nella vita? C’è qualcosa che volevi fare quando eri un bambino e la gente ti ha detto di non farlo? Lavorare su questo nuovo progetto avrebbe significato la tua vita e renderti felice?

Riferimenti

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