Deblina Sarkar construit des machines microscopiques pour entrer dans nos cerveaux.

Deblina Sarkar fabrique de petites machines, pour lesquelles elle a de grands rêves. Les machines sont si petites qu'elles peuvent humblement habiter les cellules vivantes. Et ses rêves sont si grands qu'ils pourraient un jour sauver votre esprit.

Sarkar est une nanotechnologiste et professeure adjointe au MIT. Elle développe des dispositifs électroniques ultra-minuscules, certains plus petits qu'un grain de poussière, qu'elle espère un jour faire pénétrer dans le cerveau. Elle est également fan de films de Kung Fu et aime danser sa propre version du bharata natya, une forme de danse classique indienne. De temps en temps, elle fait de la randonnée avec ses étudiants diplômés, les emmenant une fois aussi loin que Yellowstone. La construction de la camaraderie est vitale, dit Sarkar. Mais « je travaille probablement jour et nuit sur ma recherche », avoue-t-elle. « Il y a un problème urgent à résoudre. »

Ce problème est la maladie d'Alzheimer, la maladie de Parkinson et autres affections neurologiques qui attaquent l'esprit de millions de personnes dans le monde entier. La solution de Sarkar : employer de minuscules machines pour détecter et inverser ces troubles.

« Elle a toujours été intéressée par l'application... de l'électronique aux systèmes biologiques », dit le collaborateur et chercheur en bio-ingénierie Samir Mitragotri de l'Université Harvard, qui connaît Sarkar depuis une décennie et faisait partie de son comité de thèse. Elle imagine utiliser ses outils pour « transformer la façon dont les gens mènent la biologie », dit-il, « en reliant les mondes ».

Née à Kolkata, en Inde, Sarkar crédite ses deux parents comme sources d'inspiration précoce. Son audace en tant que chercheuse vient de sa mère, qui en tant que jeune femme a défié les normes sociales de son village en travaillant pour financer sa propre éducation et en parlant contre le système de dot. Pendant ce temps, le père de Sarkar a suscité sa fascination pour l'ingénierie.

A l'âge de 15 ans, il a abandonné son rêve de devenir ingénieur pour trouver d'autres emplois ; il devait soutenir ses parents et le reste de sa famille après que son père, un combattant indien de la liberté, a été abattu dans la jambe et ne pouvait plus travailler. Pourtant, Sarkar se souvient que son père trouvait du temps pour sa passion, en créant des dispositifs pour rendre la vie à la maison plus pratique. Cela incluait une machine à laver sans électricité et des véhicules pouvant transporter des charges lourdes sur les routes locales jusqu'à leur maison.

« Cela m'a beaucoup, beaucoup intéressé par la science et la technologie », dit Sarkar. « L'ingénierie spécifiquement. »

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Après avoir obtenu son diplôme de premier cycle en génie électrique à l'Indian Institute of Technology Dhanbad, Sarkar a déménagé en Californie pour étudier la nanoelectronique à l'Université de Californie, Santa Barbara. Là, elle a testé de nouvelles façons de créer des nanodispositifs qui pourraient réduire la quantité d'énergie consommée par les ordinateurs et d'autres appareils électroniques quotidiens.

Un dispositif exceptionnel développé par Sarkar au cours de ses études supérieures était un transistor qui réduisait de 90 % la quantité d'énergie perdue sous forme de chaleur par rapport à certains des transistors en silicium les plus courants d'aujourd'hui (SN : 3/18/22). Pour cette percée, l'Université de Californie, Santa Barbara a décerné à la thèse de doctorat de Sarkar le prix Lancaster pour son impact dans l'avancement des mathématiques, des sciences physiques et du génie.

En cours de route, Sarkar est devenue fascinée par le cerveau, qu'elle appelle « l'ordinateur le plus économe en énergie ». Un projet d'imagerie des plaques d'amyloïde-bêta en tant que postdoc au MIT a ouvert la voie à la fusion de ses deux intérêts, et elle est restée professeure adjointe pour fonder le groupe Nano-Cybernetic Biotrek. Son groupe développe des nanodispositifs qui peuvent interagir avec des cellules vivantes, et des dispositifs informatiques « neuromorphiques », dont les architectures sont inspirées du cerveau et du système nerveux humains.

Jusqu'à présent, le dispositif le plus innovant du groupe pourrait être le Cell Rover, une antenne plate qui pourrait surveiller les processus à l'intérieur des cellules. Pour une étude rapportée en 2022, Sarkar et ses collègues ont utilisé des champs magnétiques pour faire pénétrer un Cell Rover, d'environ la taille d'un tardigrade, dans une cellule d'œuf de grenouille mature. L'équipe a démontré que lorsque le nanodispositif était stimulé par un champ magnétique créé par un courant alternatif, les molécules vibraient à des fréquences sûres pour les cellules vivantes. En utilisant une bobine réceptrice, les chercheurs ont pu détecter comment ces vibrations affectaient le champ magnétique propre du dispositif, montrant ainsi qu'il pouvait communiquer avec le monde extérieur. Les Cell Rovers pourraient être équipés de films qui se fixent et détectent des protéines ou d'autres biomolécules sélectionnées.

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].