Deblina Sarkar está construyendo máquinas microscópicas para ingresar a nuestros cerebros.

Deblina Sarkar crea pequeñas máquinas, para las cuales tiene grandes sueños. Las máquinas son tan pequeñas, de hecho, que pueden habitar humildemente las células vivas. Y sus sueños son tan grandes que algún día podrían salvar tu mente.

Sarkar es nanotecnóloga y profesora asistente en el MIT. Desarrolla dispositivos electrónicos ultrapequeños, algunos más pequeños que una mota de polvo, que espera puedan entrar algún día en el cerebro. También es fanática de las películas de Kung Fu y le gusta bailar su propia variante del bharata natya, una danza clásica india. De vez en cuando va de excursión con sus estudiantes de posgrado, llevándolos incluso hasta Yellowstone. La construcción de la camaradería es vital, dice Sarkar. Pero "probablemente estoy trabajando día y noche en mi investigación", confiesa. "Hay un problema urgente en juego".

Ese problema es la enfermedad de Alzheimer, la enfermedad de Parkinson y otras afecciones neurológicas que asolan las mentes de millones de personas en todo el mundo. La solución de Sarkar: emplear máquinas minúsculas para detectar y revertir estos trastornos.

"Siempre estuvo interesada en aplicar... la electrónica a los sistemas biológicos", dice el colaborador e investigador de bioingeniería Samir Mitragotri de la Universidad de Harvard, quien conoce a Sarkar desde hace unos diez años y estuvo en su comité de tesis. Ella imagina usar sus herramientas para "transformar la forma en que la gente está haciendo biología", dice él, "unir los mundos".

Nacida en Kolkata, India, Sarkar acredita a ambos padres como inspiraciones tempranas. Su audacia como investigadora proviene de su madre, quien como joven desafió las normas sociales en su pueblo trabajando para financiar su propia educación y hablando en contra del sistema de la dote. Mientras tanto, el padre de Sarkar despertó su fascinación por la ingeniería.

A los 15 años, abandonó sus sueños de convertirse en ingeniero para encontrar otros trabajos; necesitaba apoyar a sus padres y al resto de su familia después de que su padre, un luchador por la libertad india, recibiera un disparo en la pierna y ya no pudiera trabajar. Aun así, Sarkar recuerda que su padre encontraba tiempo para su pasión, creando dispositivos para hacer más conveniente la vida en casa. Estos incluían una lavadora sin electricidad y vehículos que podían transportar cargas pesadas por los caminos locales hasta su casa.

"Eso me interesó muchísimo en ciencia y tecnología", dice Sarkar. "Específicamente en ingeniería".

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Después de obtener una licenciatura en ingeniería eléctrica en el Indian Institute of Technology Dhanbad, Sarkar se mudó a California para estudiar nanoelectrónica en la Universidad de California, Santa Bárbara. Allí, probó nuevas formas de crear nanodispositivos que pudieran reducir la cantidad de energía consumida por las computadoras y otros dispositivos electrónicos cotidianos.

Un dispositivo destacado que Sarkar desarrolló durante su trabajo de posgrado fue un transistor que redujo la cantidad de energía perdida como calor en un 90 por ciento en comparación con algunos de los transistores de silicio más comunes de hoy en día (SN: 3/18/22). Por este avance, UC Santa Bárbara otorgó a la tesis doctoral de Sarkar el premio Lancaster por su impacto en el avance de las matemáticas, las ciencias físicas y la ingeniería.

En el camino, Sarkar se fascinó con el cerebro, al que llama "la computadora de energía más baja". Un proyecto de imagen de placas de amiloide beta como becaria postdoctoral en MIT abrió la puerta para fusionar sus intereses duales, y se mantuvo como profesora asistente para fundar el grupo Nano-Cybernetic Biotrek. Su grupo desarrolla nanodispositivos que pueden interfazarse con células vivas y dispositivos informáticos "neuromórficos", que tienen arquitecturas inspiradas en el cerebro y el sistema nervioso humano.

Hasta ahora, el dispositivo más innovador del grupo puede ser el Rover Celular, una antena plana que podría monitorear procesos dentro de las células. Para un estudio informado en 2022, Sarkar y sus colegas usaron campos magnéticos para colocar un Rover Celular, del tamaño de un tardígrado, en una célula de huevo de rana madura. El equipo demostró que cuando era estimulado por un campo magnético creado por una corriente alterna, las moléculas en el nanodispositivo vibraban a frecuencias seguras para las células vivas. Usando un receptor de bobina de alambre, los investigadores pudieron detectar cómo esas vibraciones afectan el propio campo magnético del dispositivo, mostrando así que pueden comunicarse con el mundo exterior. Los Rover Celulares podrían equiparse con películas que se agarren y detecten proteínas selectas u otras biomoléculas.

Sarkar envisions using the device to spot misfolded proteins in the brain that may be early signs of Alzheimer’s disease. Today, memory loss is the only way to know a living person has Alzheimer’s, but by then, the damage is irreversible, Sarkar says. Cell Rovers could also be paired with nanodevices that harvest energy from and electrically stimulate cells, opening the door for new types of brain electrodes and subcellular pacemakers. Or fleets of remotely controlled devices could replace invasive surgeries — detecting a small tumor growing in the brain, for example, and maybe even killing it.

She’s essentially establishing a new field of science, at the intersection of nanoelectronics and biology, Mitragotri says. “There are many opportunities for the future.”

One day, Sarkar hopes to insert nanodevices between human neurons to boost the computing speed of the fleshy processor already in our skulls. Our brains are remarkable, she says, but “we could be better than what we are.”

Deblina Sarkar is one of this year’s SN 10: Scientists to Watch, our list of 10 early and mid-career scientists who are making extraordinary contributions to their field. We’ll be rolling out the full list throughout 2023.

Want to nominate someone for the SN 10? Send their name, affiliation and a few sentences about them and their work to [email protected].