¿Es nuestro cuerpo la batería del futuro?

Inspiración de un investigador del MIT que está recolectando energía del propio cuerpo.

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

Fuente: Chris Gilbert, MD, Ph.D.

El 18 de septiembre de 2018, me desperté muy emocionado. Mi esposo y yo tuvimos una cita a las 9:00 am en el Instituto de Tecnología de Massachusetts en Cambridge para entrevistar al Dr. Canan Dagdeviren. Siendo de París, Francia, nunca había estado dentro del MIT, pero siempre había soñado con visitarlo. Ese día, mi sueño se iba a hacer realidad. Yo estaba muy emocionado.

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Después de un corto viaje en taxi (corto en distancia, pero mucho tiempo, porque el tráfico era intenso), mi esposo Eric y yo llegamos a un edificio grande y moderno. Un gran cartel que decía “Instituto de Tecnología de Massachusetts” estaba sobre la puerta de entrada. Mi corazón se aceleraba de emoción. Mi esposo y yo subimos las escaleras que conducían a la puerta de entrada y nos encontramos en el vestíbulo con una morena joven, delgada y hermosa, con cabello largo y ojos brillantes y marrones, vistiendo un colorido top rojo y blanco sobre un pantalón blanco. Tenía una gran sonrisa en su rostro y, extendiendo su mano derecha, dijo: “Soy Canan Dagdeviren, ¡bienvenido a MIT!”

Subiendo en un ascensor hasta el cuarto piso, la seguimos a su espaciosa oficina.

“Mi oficina tiene decoraciones turcas que me recuerdan a mi familia y a mi país de origen”, dijo Canan con orgullo. De hecho, en una pared sobre su escritorio había una alfombra muy vieja hecha a mano.

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“Esta alfombra es un regalo de mi tía abuela. Tiene varios cientos de años, y todos sus colores son generados a partir de flores. Para protegerlo, lo puse en un marco de vacío “, agregó Canan con una sonrisa, y luego nos llevó por un pasillo. “Ahora déjame mostrarte mi laboratorio. Lo hice a medida con paredes transparentes ”. Llegamos fuera de un área grande con paredes transparentes y amarillentas.

Canan Dagdeviren, Ph.D., frente a su laboratorio amarillo transparente, hecho a la medida

Fuente: Canan Dagdeviren, usado con permiso.

“Cuando yo era un Ph.D. En un grupo de investigación dominado por hombres, hice muchas preguntas prácticas, como cómo manejar las obleas (piezas delgadas de material semiconductor) sin romperlas, cómo se mezclan los polímeros, cómo se cablean los dispositivos, etc., pero Los compañeros de laboratorio se cansaron de mis preguntas y dejaron de responderme, así que pasé innumerables horas desde la mañana hasta la noche durante meses en los laboratorios, observando cómo trabajaban los investigadores experimentados. Desafortunadamente, las paredes de los laboratorios no eran transparentes, así que tuve que vestirme cada vez que quería entrar en los laboratorios estériles. Me prometí a mí mismo que cuando tuviera mi propio laboratorio, tendría paredes transparentes hechas a la medida, de modo que los estudiantes como yo pudieran aprender observando a investigadores experimentados de fuera del laboratorio sin pedir permiso o tener que vestirse para ponerse en el estéril ambiente. Cumplí mi promesa, e hice construir el laboratorio de mis sueños el año pasado. Desde el diseño hasta la construcción, este nuevo laboratorio tardó 9 meses en crearse. Las paredes tienen un tinte amarillo para que la luz UV no pueda penetrar en las paredes transparentes (los polímeros con los que estoy trabajando podrían volverse inactivos si la luz UV los atraviesa), y hay dispositivos de succión en el techo para filtrar las partículas de polvo, manteniendo la Laboratorio bajo presión negativa. Esto hace que mi laboratorio sea un lugar muy limpio para que mi trabajo sea lo más preciso posible “.

El equipo de investigación de Canan Dagdeviren

Fuente: Canan Dagdeviren, usado con permiso.

Nunca había visto un laboratorio con paredes amarillas transparentes, y era realmente fascinante poder ver a los investigadores trabajar desde el exterior. La entrevista de Canan tuvo un muy buen comienzo. Le pregunté sobre su vida personal y precisamente sobre su infancia. ¿Qué la motivó a venir a los Estados Unidos? ¿Por qué estudió los materiales de ciencia e ingeniería? ¿Cuáles eran sus sueños? Luego le pedí que describiera los diferentes proyectos en los que estaba trabajando.

La historia inspiradora de una joven en Turquía.

A la edad de 5 años, Canan, que ya estaba interesada en la ciencia, quería ver los átomos, y para hacerlo, estaba rompiendo piedras en su ciudad natal en Turquía. Cuando el padre de Canan, que era contador, vio a Canan rompiendo piedras, le explicó que los humanos no podían ver los átomos a simple vista, pero que necesitaban un microscopio electrónico para hacerlo.

Unos años más tarde, el padre de Canan le dio a Canan un libro sobre Marie y Pierre Curie, un libro que cambió la vida de Canan para siempre. En ese libro, Pierre Curie demostró que se generaba un potencial eléctrico cuando se comprimían los cristales, y más tarde que sucedía lo contrario, que los cristales podían cambiar de forma cuando se les aplicaba un campo eléctrico. Pierre Curie descubrió la piezoelectricidad (electricidad resultante de la compresión o la presión) en 1880, y Canan, leyendo sobre la piezoelectricidad, descubrió la pasión de su vida. ¿Qué pasaría si pudiera cosechar la electricidad producida por la contracción del corazón y otros músculos del cuerpo y utilizar esa electricidad para alimentar dispositivos mecánicos?

Alimentada por su nueva pasión, Canan decidió estudiar física en Ankara y luego ciencia e ingeniería de materiales en Estambul.

Después de dejar Turquía para estudiar en Harvard, obtuvo una beca Fulbright para un Ph.D. Programa en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign en 2009.

Ph.D. de Canan El asesor le recomendó que trabajara en nanotubos de carbono, pero ella se negó. Quería trabajar en materiales piezoeléctricos. Lo que ella quería hacer era tan nuevo que nadie podía guiarla. Eso no la disuadió. Ella se mentiría a sí misma. Ella completó con éxito su Ph.D. en la Universidad de Illinois, luego entrenamiento postdoctoral en MIT.

Hace cuatro años, el comité de revisión de tecnología del MIT seleccionó a los 35 mejores innovadores del año que tenían menos de 35 años. A los 29 años, Canan fue uno de los innovadores del año.

Desde entonces, Canan ha publicado ocho estudios (ver la lista de referencias), abriendo la puerta a los principales descubrimientos.

Este año, el Alcalde de la Municipalidad de Estambul Avcilar dio el nombre de Canan a un edificio de 22 pisos en Avcilar, una región en la parte europea de Estambul. Canan estuvo en Estambul el 28 de octubre de 2018 para la inauguración del dormitorio de estudiantes de niñas de Canan Dagdeviren, capaz de albergar a 770 estudiantes universitarias.

¿En qué proyectos está trabajando actualmente Canan y por qué los eligió?

Los cinco proyectos principales del Dr. Canan Dagdeviren:

Proyecto 1:

Debido a que el abuelo de Canan murió a los 28 años por una insuficiencia cardíaca, Canan está trabajando en un proyecto que podría salvar la vida de pacientes cardíacos similares.

Aprovechando el hecho de que cada vez que movemos nuestras piernas, brazos, dedos, etc., generamos energía, Canan está trabajando para hacer parches flexibles que se pueden unir a las prendas para recolectar esa energía y almacenarla. Esta es la energía piezoeléctrica de la que Canan se enamoró cuando leyó sobre Pierre Curie.

Dispositivo que recoge energía de cada movimiento del corazón.

Fuente: Canan Dagdeviren, usado con permiso.

Nuestros miembros no son los únicos que se mueven; nuestro corazón, pulmones y diafragma también se mueven. Cada vez que nuestro corazón late (nuestro corazón late 40 millones de veces al año), cada vez que nuestros pulmones respiran, cada vez que nuestro diafragma se mueve, también generan energía. Canan está trabajando con ingenieros mecánicos de la Universidad de Arizona para colocar implantes flexibles de silicona en corazones de bovinos y ovinos para recolectar la energía de los latidos del corazón y usar esa energía para alimentar a un marcapasos cardíaco, por ejemplo. Actualmente, los marcapasos tienen una batería que debe cambiarse regularmente. Esto requiere cirugía cada vez que la batería necesita ser cambiada. En el futuro, la energía que se extrae de nuestros latidos puede almacenarse y alimentar no solo a los marcapasos, sino también a nuestros dispositivos electrónicos, como Fitbits.

Proyecto # 2:

Debido a que la abuela de Canán murió de cáncer de mama y porque la amada tía de Canán murió hace dos años a la edad de 50 años luego de una corta batalla de 8 meses contra el cáncer de mama, Canan decidió encontrar una manera de detectar el cáncer de mama en forma temprana.

Dada la mayor frecuencia de diagnósticos de cáncer de mama en mujeres, Canan tiene dos preguntas:

¿Cuáles son los cambios en el tejido mamario que llevan al cáncer de mama?

¿Se pueden detectar esos cambios en una etapa muy temprana, permitiendo el tratamiento temprano?

Para responder a estas preguntas, Canan está trabajando en la creación de parches de ultrasonido flexibles, extensibles, portátiles o que se puedan colocar en los sostenes o directamente en el propio seno, para que las mujeres sean alertadas tan pronto como haya un cambio notable inexplicable en su los pechos Al crear una ecografía de mama constante, Canan espera detectar los cambios prodrómicos que conducen al cáncer de mama incluso antes de que comience el cáncer, lo que permite tratamientos tempranos, de modo que en el futuro, ninguna mujer muera de cáncer de mama.

Proyecto # 3:

Debido a que la esposa del tío de Canan murió a los 38 años debido a una forma mortal de cáncer cerebral llamado glioblastoma multiforme, Canan está trabajando en una tecnología que puede detectar cambios tempranos en el cerebro y puede administrar medicamentos directamente en la parte del cerebro que está enferma. En el futuro, las personas pueden ser tratadas y sobrevivir a ese tipo de cáncer.

Para lograr el objetivo de la detección temprana de actividad neuronal anormal, Canan está creando sensores flexibles y delgados como un cabello (200 micrones de diámetro) que se pueden colocar directamente dentro del cerebro a través de un tubo guía de acero inoxidable. Canan llama a esos MiNDS (Sistemas de administración de fármacos neuronales miniaturizados). Ella también espera detectar, a través de cambios en la actividad neuronal, disfunciones del comportamiento y del estado de ánimo tan pronto como comiencen.

Canan también está trabajando en la enfermedad de Parkinson, utilizando ratones afectados con la enfermedad de Parkinson para inyectar picolitros de un medicamento directamente en la Substancia Nigra (región del cerebro afectada por la enfermedad de Parkinson). El medicamento se coloca en un pequeño depósito debajo de la piel en la base del cuello, y una bomba lo lleva al cerebro, gracias a un control de realimentación vinculado a un sensor. La propiedad exclusiva de los sensores delgados como el cabello es que son tan flexibles que se mueven al mismo tiempo que el órgano en el que se implantan sin dañarlo. Esas agujas son muy diferentes a las que se usan actualmente para la estimulación cerebral profunda (DBS), que son muy voluminosas.

En el futuro, Canan espera utilizar esos mismos dispositivos para la quimioterapia en otros órganos que son difíciles de alcanzar, como el páncreas.

Proyecto # 4:

Canan está creando una tela que tiene múltiples sensores integrados con el objetivo de medir los cambios de presión y volumen en un cuerpo o parte del cuerpo. Canan espera aplicar esto a la ropa del bebé, para que esos sensores puedan detectar cualquier anomalía respiratoria o digestiva al instante en un bebé dormido y alertar a los padres si el bebé deja de respirar, o si el bebé tiene movimientos del vientre anormales.

Canan también espera aplicar este tejido con sensores a la ropa de las mujeres embarazadas, para que puedan detectar de inmediato si el feto se mueve menos de lo normal, o incluso si detiene todo movimiento. Esto podría salvar las vidas de los niños.

Proyecto # 5:

Al obtener la idea de las alfombras turcas que se enrollan para el transporte y se desenrollan al llegar a un destino, Canan está creando un dispositivo gastrointestinal que es plano y largo, como las alfombras turcas. Este dispositivo puede enrollarse como una alfombra y colocarse en una cápsula soluble que se traga. Luego, el dispositivo se desenrolla cuando la cápsula se disuelve y se adhiere al revestimiento del estómago para medir el pH del estómago, analizar los movimientos estomacales y, posiblemente, obtener energía de las contracciones del estómago. Esto crea algo como un Fitbit para el estómago.

¿Cuál es el sueño del Dr. Canan Dagdeviren?

El sueño de Canan es comprender lo que está sucediendo dentro del cuerpo a nivel celular y molecular y, al hacerlo, poder salvar las vidas de las personas.

¿Cuál es el mecanismo exacto de la etapa prodrómica del cáncer o el comienzo de la enfermedad de Parkinson?

¿Qué pasa con la depresión? ¿Qué sucede en las neuronas justo antes de que las personas se depriman o se sientan ansiosas? ¿Hay un cambio de temperatura localmente? Si es así, ¿qué tan grande y significativo es este cambio de temperatura? ¿Hay muerte neuronal? ¿Cómo se puede utilizar esto para prevenir trastornos del estado de ánimo?

Canan dice: “Los astronautas tuvieron que ir al espacio exterior para comprender el universo; de manera similar, la única manera de entender el cuerpo es ir al espacio interior ”. Para esto, ella dice que los ingenieros son necesarios para crear sensores portátiles, implantables, acoplables, minúsculos, y los neurocientíficos, psicólogos y médicos necesitan colaborar con los ingenieros.

¿Podríamos llevar esto aún más lejos?

Con la ayuda de ingenieros, ¿podremos algún día no solo curar enfermedades, sino crear superhumanos? Con múltiples implantes dentro de nuestro cuerpo, ¿podríamos controlar nuestras emociones, mejorar nuestra memoria, la fuerza cardíaca, la digestión, la fertilidad y la potencia muscular?

El futuro lo dirá….

Terminé mi entrevista preguntándole a Canan qué mensaje quería darles a los estudiantes.

Mensaje del Dr. Canan Dagdeviren a los estudiantes.

“Sigue tu pasión. Si la gente te dice que no es posible lo que quieres hacer, no los escuches. La gente solía decirme que lo que quería hacer era imposible, pero solía responderles que mi primer nombre es Canan, que comienza con “Can”, por lo que “puedo” hacerlo. Además, no trates de ser impactante por el simple hecho de hacerlo. Lo que importa es que tu proyecto le dé sentido a tu vida. Si estás contento con tu proyecto, será impactante “.

Dado el mensaje de Canan a los estudiantes, esta es mi pregunta para usted :

¿Cuál es tu pasión en la vida? ¿Había algo que quisiera hacer cuando era niño y la gente le dijo que no lo hiciera? ¿Trabajar en este nuevo proyecto le daría sentido a tu vida y te haría feliz?

Referencias

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/S235243161630101092

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