Nosso corpo é a bateria do futuro?

Inspiração de um pesquisador do MIT que está colhendo energia do próprio corpo

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

Fonte: Chris Gilbert, MD, Ph.D.

Em 18 de setembro de 2018, acordei muito animado. Meu marido e eu tivemos uma consulta às 9:00 no Massachusetts Institute of Technology em Cambridge para entrevistar o Dr. Canan Dagdeviren. Sendo de Paris, na França, nunca estive dentro do MIT, mas sempre sonhei em visitá-lo. Naquele dia, meu sonho se tornaria realidade. Eu fiquei emocionada.

• O sistema de justiça criminal está quebrado e não pode ser consertado
• Sapos urbanos têm chamadas mais sexy
• É seguro enfrentar seu trauma?
• Núcleo Moral de Blockchain
• Com fio para conectar: ​​Nossos avisos de sistema nervoso prejudicam primeiro

Depois de uma curta viagem de táxi (curta distância, mas longa no tempo, porque o tráfego era pesado), meu marido Eric e eu chegamos em um edifício grande e moderno. Uma grande placa que dizia “Instituto de Tecnologia de Massachusetts” estava acima da porta de entrada. Meu coração estava acelerado de emoção. Meu marido e eu subimos as escadas que levavam à porta de entrada e fomos recebidos no saguão por uma morena jovem, magra e bonita, com cabelos compridos e olhos castanhos notavelmente brilhantes, usando um top colorido de vermelho e branco sobre calças brancas. Ela tinha um grande sorriso no rosto e, estendendo a mão direita, disse: “Eu sou Canan Dagdeviren, bem-vindo ao MIT!”

Subindo no elevador até o 4º andar, nós a seguimos até seu espaçoso escritório.

“Meu escritório tem decorações turcas que me lembram da minha família e meu país de origem”, disse Canan com orgulho. De fato, em uma parede acima de sua mesa havia um tapete muito antigo e feito à mão.

• Cura emocional e psicoterapia
• Como parar um ataque de ansiedade
• Sobrevivendo aos feriados quando você é divorciado de sua família
• Seus sentimentos te seguram como refém?
• A psicologia da felicidade (cerca de 1929)

“Este tapete é um presente da minha tia-avó. Tem várias centenas de anos e todas as suas cores são geradas a partir de flores. Para protegê-lo, coloquei-o em uma estrutura a vácuo – acrescentou Canan com um sorriso, depois nos conduziu por um corredor. “Agora deixe-me mostrar meu laboratório. Eu tinha construído sob medida com paredes transparentes ”. Chegamos fora de uma grande área com paredes transparentes e amareladas.

Canan Dagdeviren, Ph.D., na frente de seu laboratório amarelo, transparente e personalizado

Fonte: Canan Dagdeviren, usado com permissão

“Quando eu era um Ph.D. estudante em um grupo de pesquisa dominado por homens, eu fiz muitas perguntas práticas, como lidar com wafers (pedaços finos de material semicondutor) sem quebrá-los, como você mistura polímeros, como faz seus dispositivos de fio, etc., mas meu companheiros de laboratório se cansaram das minhas perguntas e pararam de me responder, então eu passei incontáveis ​​horas da manhã à noite por meses dentro de laboratórios, observando como os pesquisadores experientes trabalhavam. Infelizmente, as paredes dos laboratórios não eram transparentes, então eu tive que me vestir cada vez que eu queria entrar nos laboratórios estéreis. Eu prometi a mim mesma que quando eu tivesse meu próprio laboratório, ele teria paredes transparentes customizadas, de modo que estudantes como eu pudessem aprender observando pesquisadores experientes de fora do laboratório sem pedir permissão ou ter que subir para entrar no estéril. meio Ambiente. Cumpri minha promessa e construí meu laboratório de sonhos no ano passado. Do design à construção, esse novo laboratório levou 9 meses para ser criado. As paredes têm uma tonalidade amarela para que a luz UV não penetre nas paredes transparentes (os polímeros com os quais estou trabalhando podem ficar inativos se a luz UV chegar até eles) e há dispositivos de sucção no teto para filtrar partículas de poeira, mantendo laboratório sob pressão negativa. Isso torna meu laboratório um lugar muito limpo para que meu trabalho seja o mais preciso possível ”.

Equipe de pesquisa de Canan Dagdeviren

Fonte: Canan Dagdeviren, usado com permissão

Eu nunca tinha visto um laboratório com paredes amarelas transparentes, e de fato era fascinante poder ver os pesquisadores trabalhando de fora. A entrevista de Canan teve um começo muito bom. Perguntei-lhe sobre sua vida pessoal e precisamente sua infância. O que a motivou a vir para os Estados Unidos? Por que ela estudou ciência e engenharia de materiais? Quais foram seus sonhos? Então eu pedi a ela para descrever os diferentes projetos em que ela estava trabalhando.

A história inspiradora de uma jovem garota na Turquia

Aos 5 anos, Canan, já interessado em ciência, queria ver átomos e, para isso, estava quebrando pedras em sua cidade natal na Turquia. Quando o pai de Canan, que era contador, viu pedras quebrando Canan, ele explicou a ela que os humanos não podiam ver os átomos com os olhos nus, mas precisavam de um microscópio eletrônico para fazer isso.

Alguns anos depois, o pai de Canan deu a Canan um livro sobre Marie e Pierre Curie, livro que mudou a vida de Canan para sempre. Naquele livro, Pierre Curie demonstrou que um potencial elétrico era gerado quando os cristais eram comprimidos, e depois que o contrário era verdade, que os cristais poderiam mudar quando um campo elétrico era aplicado a eles. Pierre Curie descobriu a piezoeletricidade (eletricidade resultante de compressão ou pressão) em 1880, e Canan, lendo sobre piezoeletricidade, descobriu a paixão de sua vida. E se ela pudesse colher a eletricidade produzida pela contração do coração e outros músculos do corpo e usar essa eletricidade para alimentar dispositivos mecânicos?

Alimentada por sua nova paixão, Canan decidiu estudar física em Ancara, depois ciência e engenharia de materiais em Istambul.

Depois de deixar a Turquia para estudar em Harvard, ela obteve uma bolsa Fulbright para um Ph.D. programa da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign em 2009.

O Ph.D. de Canan A conselheira recomendou que ela trabalhasse em nanotubos de carbono, mas ela recusou. Ela queria trabalhar em materiais piezoelétricos. O que ela queria fazer era tão novo que ninguém pudesse orientá-la. Isso não a deteve. Ela iria se orientar. Ela completou com sucesso seu Ph.D. na Universidade de Illinois, depois de pós-doutoramento no MIT.

Há quatro anos, o conselho de revisão de tecnologia do MIT selecionou os 35 melhores inovadores do ano com menos de 35 anos. Aos 29 anos, Canan foi um dos inovadores do ano.

Desde então, Canan publicou oito estudos (veja a lista de referências), abrindo as portas para grandes descobertas.

Este ano, o Prefeito da Prefeitura de Istambul Avcilar deu o nome de Canan a um prédio de 22 andares em Avcilar, uma região na parte européia de Istambul. Canan estava em Istambul, em 28 de outubro de 2018, para a inauguração do dormitório estudantil de Canan Dagdeviren, capaz de abrigar 770 universitárias.

Quais são os projetos em que Canan está trabalhando atualmente, e por que ela escolheu esses?

Os cinco principais projetos do Dr. Canan Dagdeviren:

Projeto 1:

Porque o avô de Canan morreu aos 28 anos de insuficiência cardíaca, Canan está trabalhando em um projeto que poderia salvar a vida de pacientes cardíacos semelhantes.

Explorando o fato de que a cada vez que movemos nossas pernas, braços, dedos, etc., geramos energia, Canan está trabalhando para fazer remendos flexíveis que podem ser presos a roupas para coletar essa energia e armazená-la. Esta é a energia piezoelétrica pela qual Canan se apaixonou quando leu sobre Pierre Curie.

Dispositivo de coleta de energia de cada movimento do coração

Fonte: Canan Dagdeviren, usado com permissão

Nossos membros não são os únicos em movimento; nosso coração, pulmões e diafragma também se movem. Toda vez que nosso coração bate (nosso coração bate 40 milhões de vezes por ano), toda vez que nossos pulmões respiram, toda vez que nosso diafragma se move, eles também geram energia. Canan está trabalhando com engenheiros mecânicos da Universidade do Arizona para colocar implantes de silicone flexíveis em corações bovinos e ovinos para coletar a energia de batimentos cardíacos e usar essa energia para alimentar um marcapasso cardíaco, por exemplo. Atualmente, os marcapassos têm uma bateria que precisa ser trocada regularmente. Isso requer cirurgia toda vez que a bateria precisa ser trocada. No futuro, a energia colhida de nossos batimentos cardíacos pode ser armazenada e poder não apenas os marcapassos, mas também nossos dispositivos eletrônicos de vestir, como o Fitbits.

Projeto 2:

Como a avó de Canan morreu de câncer de mama, e porque a amada tia de Canan morreu há dois anos, aos 50 anos, após uma curta batalha de 8 meses com câncer de mama, Canan decidiu encontrar uma maneira de detectar o câncer de mama cedo.

Dado o aumento da frequência de diagnósticos de câncer de mama em mulheres, Canan tem duas perguntas:

Quais são as mudanças no tecido mamário que levam ao câncer de mama?

Essas mudanças podem ser detectadas em um estágio muito inicial, permitindo o tratamento precoce?

Para responder a essas perguntas, Canan está trabalhando na criação de adesivos de ultrassom flexíveis, elásticos, vestíveis ou acopláveis ​​que podem ser colocados em sutiãs ou diretamente no próprio seio, para que as mulheres sejam alertadas assim que houver uma mudança inexplicável visível em seus seios. seios. Ao criar um ultrassom de mama constante, Canan espera detectar as mudanças prodrômicas que levam ao câncer de mama antes mesmo do câncer começar, permitindo tratamentos precoces, para que no futuro nenhuma mulher morra de câncer de mama.

Projeto nº 3:

Como a esposa do tio de Canan morreu aos 38 anos de uma forma mortal de câncer no cérebro chamada glioblastoma multiforme, Canan está trabalhando em uma tecnologia que pode detectar mudanças precoces no cérebro e pode entregar drogas diretamente na parte do cérebro doente. No futuro, as pessoas podem ser tratadas e sobreviver a esses tipos de câncer.

Para alcançar o objetivo de detectar precocemente a atividade neuronal anormal, Canan está criando sensores flexíveis, finos e finos (200 mícrons de diâmetro) que podem ser colocados diretamente dentro do cérebro através de um tubo guia de aço inoxidável. Canan chama os MiNDS (Miniaturized Neuronal Drug Delivery Systems). Ela também espera detectar, por meio de mudanças na atividade neuronal, disfunções comportamentais e de humor assim que começarem.

Canan também está trabalhando na doença de Parkinson, usando camundongos afetados pela doença de Parkinson para injetar picolitros de uma droga diretamente na Substancia Nigra (região do cérebro afetada pela doença de Parkinson). O medicamento é colocado em um pequeno reservatório sob a pele, na base do pescoço, e uma bomba leva o medicamento até o cérebro, graças a um controle de feedback ligado a um sensor. A propriedade única dos sensores finos é que eles são tão flexíveis que se movem ao mesmo tempo que o órgão em que são implantados sem danificá-lo. Essas agulhas são muito diferentes das agulhas usadas atualmente para Estimulação Cerebral Profunda (DBS), que são muito volumosas.

No futuro, Canan espera usar esses mesmos dispositivos para quimioterapia em outros órgãos que são difíceis de alcançar como o pâncreas.

Projeto # 4:

Canan está criando um tecido que possui vários sensores embutidos com o objetivo de medir mudanças de pressão e volume em um corpo ou parte do corpo. Canan espera aplicar isso em roupas de bebê, para que esses sensores possam detectar qualquer anormalidade respiratória ou digestiva instantaneamente em um bebê dormindo e alertar os pais se o bebê parar de respirar, ou se o bebê tiver movimentos anormais na barriga.

Canan também espera aplicar este tecido com sensores às roupas das mulheres grávidas, para que eles possam detectar imediatamente se o feto se move menos que o normal, ou até mesmo para todos os movimentos. Isso poderia salvar a vida das crianças.

Projeto 5:

Obtendo a idéia de tapetes turcos que são enrolados para transporte e desenrolados ao chegar a um destino, Canan está criando um dispositivo gastro-intestinal que é plano e longo, como os tapetes turcos. Este dispositivo pode ser enrolado como um tapete e colocado em uma cápsula solúvel, que é engolida. O dispositivo então se desenrola quando a cápsula se dissolve, e se liga ao revestimento do estômago para medir o pH do estômago, analisar os movimentos do estômago e, possivelmente, extrair energia das contrações do estômago. Isso cria algo como um Fitbit para o estômago.

Qual é o sonho do Dr. Canan Dagdeviren?

O sonho de Canan é entender o que está acontecendo dentro do corpo em um nível celular e molecular e, ao fazê-lo, ser capaz de salvar a vida das pessoas.

Qual é o mecanismo exato do estágio prodrômico do câncer ou o início da doença de Parkinson?

E quanto a depressão? O que está acontecendo nos neurônios antes que as pessoas fiquem deprimidas ou ansiosas? Há uma mudança de temperatura localmente? Se sim, quão grande e significativa é essa mudança de temperatura? Há morte neuronal? Como isso pode ser usado para prevenir transtornos do humor?

Canan diz: “Os astronautas tiveram que ir para o espaço exterior para entender o universo; da mesma forma, a única maneira de entender o corpo é entrar no espaço interior. ”Para isso, ela diz que os engenheiros são necessários para criar sensores minúsculos, usáveis, implantáveis, conectáveis, e neurocientistas, psicólogos e médicos precisam colaborar com os engenheiros.

Podemos levar isso ainda mais longe?

Com a ajuda de engenheiros, algum dia poderemos não apenas curar doenças, mas criar super-humanos? Com múltiplos implantes dentro do nosso corpo, poderíamos controlar nossas emoções, melhorar nossa memória, força cardíaca, digestão, fertilidade e força muscular?

O futuro dirá…

Encerrei minha entrevista perguntando a Canan que mensagem ela queria dar aos alunos.

A mensagem do Dr. Canan Dagdeviren para os alunos

“Segue a tua paixão. Se as pessoas disserem que o que você quer fazer não é possível, não as escute. As pessoas costumavam me dizer que o que eu queria fazer era impossível, mas eu costumava responder a elas que meu primeiro nome é Canan, que começa com “Can”, então eu “posso” fazer isso. Além disso, não tente ser impactante apenas por causa disso. O que importa é que o seu projeto dê sentido à sua vida. Se você está feliz com seu projeto, será impactante. ”

Dada a mensagem de Canan para os alunos, aqui está a minha pergunta para você :

Qual sua paixão na vida? Existe alguma coisa que você queria fazer quando era criança e as pessoas disseram para você não fazer isso? Trabalhar neste novo projeto dá sentido à sua vida e te faz feliz?

Referências

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