Deblina Sarkar sta costruendo macchine microscopiche per entrare nel nostro cervello.

Deblina Sarkar crea piccole macchine, per le quali ha grandi sogni. Le macchine sono così piccole, infatti, da poter modestamente abitare le cellule viventi. E i suoi sogni sono così grandi che un giorno potrebbero salvare la tua mente.

Sarkar è una nanotecnologa e docente assistente al MIT. Sviluppa dispositivi elettronici ultratiny, alcuni più piccoli di un granello di polvere, che spera un giorno entreranno nel cervello. È anche un'appassionata di film di Kung Fu e le piace ballare la sua versione della danza classica indiana bharata natya. Ogni tanto va a fare escursioni con i suoi studenti universitari, portandoli anche fino a Yellowstone. Costruire la camaraderie è vitale, dice Sarkar. Ma "probabilmente sto lavorando giorno e notte sulla mia ricerca", confessa. "C'è un problema urgente in gioco".

Quel problema è la malattia di Alzheimer, la malattia di Parkinson e altre afflizioni neurologiche che assaltano le menti di milioni di persone in tutto il mondo. La soluzione di Sarkar: Impiegare macchine minute per rilevare e invertire queste patologie.

"È sempre stata interessata ad applicare ... l'elettronica ai sistemi biologici", dice il collaboratore e ricercatore di bioingegneria Samir Mitragotri dell'Università di Harvard, che conosce Sarkar da circa un decennio e fa parte del suo comitato di tesi. Immagina di usare i suoi strumenti per "trasformare il modo in cui le persone conducono la biologia", dice Mitragotri, "collegando i mondi".

Nata a Kolkata, in India, Sarkar attribuisce entrambi i suoi genitori come ispirazioni precoci. La sua audacia come ricercatrice arriva dalla madre, che da giovane ha sfidato le norme sociali nel suo villaggio lavorando per finanziare la propria istruzione e ha parlato contro il sistema della dote. Nel frattempo, il padre di Sarkar ha suscitato la sua fascinazione per l'ingegneria.

All'età di 15 anni, ha abbandonato il suo sogno di diventare un ingegnere per trovare altri lavori; doveva sostenere i genitori e il resto della famiglia dopo che suo padre, un combattente per la libertà indiano, fu colpito alla gamba e non poté più lavorare. Tuttavia, Sarkar ricorda che suo padre ha trovato il tempo per la sua passione, creando dispositivi per rendere la vita domestica più comoda. Questi includevano una lavatrice senza elettricità e veicoli che potevano trasportare pesanti carichi lungo le strade locali fino a casa loro.

"Questo mi ha reso molto, molto interessata alla scienza e alla tecnologia", dice Sarkar. "Ingegneria in particolare".

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Dopo aver conseguito una laurea in ingegneria elettrica presso l'Indian Institute of Technology Dhanbad, Sarkar si è trasferita in California per studiare la nanoelettronica presso l'Università della California, Santa Barbara. Lì, ha testato nuovi modi per creare nanodispositivi che potrebbero ridurre la quantità di energia consumata dai computer e da altri dispositivi elettronici quotidiani.

Uno dei dispositivi eccezionali sviluppati da Sarkar durante il suo lavoro di ricerca è stato un transistor che ha ridotto del 90% la quantità di energia persa come calore rispetto ad alcuni dei transistor di silicio più comuni oggi (SN: 3/18/22). Per la svolta, UC Santa Barbara ha assegnato alla tesi di dottorato di Sarkar il premio Lancaster per il suo impatto nell'avanzamento della matematica, delle scienze fisiche e dell'ingegneria.

Lungo il percorso, Sarkar si è appassionata al cervello, che chiama "il computer a più bassa energia". Un progetto di imaging delle placche di amiloide-beta come postdoc al MIT ha aperto la porta per fondere i suoi due interessi, e lei è rimasta come assistente professore per fondare il gruppo Nano-Cybernetic Biotrek. Il suo gruppo sviluppa nanodispositivi che possono interfacciarsi con le cellule viventi e dispositivi di calcolo "neuromorfici", che hanno architetture ispirate al cervello umano e al sistema nervoso.

Finora, il dispositivo più innovativo del gruppo potrebbe essere il Cell Rover, un'antenna piatta in grado di monitorare i processi all'interno delle cellule. Per uno studio del 2022, Sarkar e i suoi colleghi hanno utilizzato campi magnetici per manipolare un Cell Rover, delle dimensioni approssimative di un tardigrado, in una cellula d'uovo di rana adulta. Il team ha dimostrato che quando stimolati da un campo magnetico creato da una corrente alternata, le molecole nel nanodispositivo vibravano a frequenze sicure per le cellule viventi. Utilizzando un ricevitore a bobina di filo, i ricercatori hanno potuto rilevare come quelle vibrazioni hanno influenzato il campo magnetico del dispositivo, dimostrando così che poteva comunicare con il mondo esterno. I Cell Rover potrebbero essere dotati di pellicole che si agganciano e rilevano proteine o altre biomolecole selezionate.

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.

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