Une femme de la Renaissance pour l'ère nano





En tant qu'étudiant diplômé de la division Harvard-MIT des sciences et technologies de la santé, Sangeeta Bhatia a trouvé un moyen de maintenir les cellules hépatiques en vie à l'extérieur du corps, en maintenant leur fonction pendant des semaines. Travaillant avec des surfaces microfabriquées similaires à celles utilisées pour les puces informatiques, elle a disposé les cellules capricieuses en motifs de rayures et de points. En ajoutant des nutriments et d'autres types de cellules, elle est arrivée à une architecture qui faisait fonctionner les collections de cellules comme de minuscules foies, métabolisant des médicaments et produisant des protéines. Son modèle révolutionnaire et ses successeurs ont permis à Bhatia, maintenant professeur de bio-ingénierie au MIT, d'étudier la toxicité et le métabolisme des médicaments ainsi qu'une foule de maladies qui affectent le foie.

Elle ne s'est pas contentée de dire: «Je peux faire pousser des cellules dans un plat et elles fonctionnent mieux», explique Tejal Desai, professeur et directeur du département de bio-ingénierie et des sciences thérapeutiques à l'Université de Californie à San Francisco. Au lieu de cela, elle a poussé notre compréhension de la science fondamentale aux applications cliniques. Les sociétés pharmaceutiques du monde entier, note-t-elle, utilisent un appareil basé sur les microfoies de Bhatia pour tester la toxicité de médicaments potentiels et étudier comment ils sont métabolisés.

Une femme de la Renaissance pour l

Cette histoire faisait partie de notre numéro de mars 2016



  • Voir la suite du problème
  • S'abonner

Le laboratoire de Bhatia travaille également sur des projets visant à utiliser des nanoparticules ciblées pour diagnostiquer et traiter le cancer. Même dans un domaine connu pour son travail interdisciplinaire, elle a un talent inhabituel pour intégrer des idées de différents domaines, y compris la technologie des capteurs, la biologie chimique, la nanotechnologie et l'ingénierie, dit Desai.

Bhatia est née à Boston, de parents immigrés. Sa mère, dit-elle, a été l'une des premières femmes titulaires d'un MBA en Inde. Son père était ingénieur. Traditionnels dans leurs perspectives, les parents de Bhatia pensaient que les trois emplois acceptables pour leur fille étaient ingénieur, médecin et entrepreneur. Ils rient maintenant du fait que, comme elle le dit, je suis devenu les trois. (En fait, les titres officiels de Bhatia au MIT repoussent à eux seuls les limites d'une carte de visite : elle est directrice du Laboratoire de technologies régénératives à plusieurs échelles, professeure John J. et Dorothy Wilson de sciences et technologies de la santé, de génie électrique et d'informatique, et d'une membre de l'Institute for Medical Engineering and Science et du Koch Institute for Integrative Cancer Research, sans parler de ses affiliations avec le Broad Institute, le Howard Hughes Medical Institute, le Ludwig Center for Molecular Oncology, le Harvard Stem Cell Institute , et Brigham and Women's Hospital.)

De haut de gauche à droite : 1. Des cellules hépatiques (rouges) entourées d'un réseau 3D de cellules de vaisseaux sanguins (vertes) modélisent l'organisation à l'échelle microscopique des tissus humains. 2. Les bandelettes de test en papier, qui fonctionnent comme un test de grossesse, révèlent la présence de protéines associées au cancer chez la souris. 3. Ces cellules, que le groupe de Bhatia a générées à partir de cellules cutanées reprogrammées, sont une étape sur la voie de la création de cellules hépatiques humaines fonctionnelles. 4. Bhatia et Jeff Hasty de l'UCSD ont conçu ces bactéries pour libérer une explosion de protéines fluorescentes. Leur objectif est d'amener les bactéries à libérer des médicaments dans une tumeur. 5. Si les sphères d'hydrogel peuvent être piégées dans des matrices dans une chambre microfluidique, elles pourraient encapsuler des cellules hépatiques pour une utilisation dans des études sur les médicaments. 6. En 2011, le laboratoire de Bhatia a annoncé le développement de ce microfoie qui peut être implanté chez les animaux.



De haut de gauche à droite : 1. Des cellules hépatiques (rouges) entourées d'un réseau 3D de cellules de vaisseaux sanguins (vertes) modélisent l'organisation à l'échelle microscopique des tissus humains. 2. Les bandelettes de test en papier, qui fonctionnent comme un test de grossesse, révèlent la présence de protéines associées au cancer chez la souris. 3. Ces cellules, que le groupe de Bhatia a générées à partir de cellules cutanées reprogrammées, sont une étape sur la voie de la création de cellules hépatiques humaines fonctionnelles. 4. Bhatia et Jeff Hasty de l'UCSD ont conçu ces bactéries pour libérer une explosion de protéines fluorescentes. Leur objectif est d'amener les bactéries à libérer des médicaments dans une tumeur. 5. Si les sphères d'hydrogel peuvent être piégées dans des matrices dans une chambre microfluidique, elles pourraient encapsuler des cellules hépatiques pour une utilisation dans des études sur les médicaments. 6. En 2011, le laboratoire de Bhatia a annoncé le développement de ce microfoie qui peut être implanté chez les animaux.

De haut de gauche à droite : 1. Des cellules hépatiques (rouges) entourées d'un réseau 3D de cellules de vaisseaux sanguins (vertes) modélisent l'organisation à l'échelle microscopique des tissus humains. 2. Les bandelettes de test en papier, qui fonctionnent comme un test de grossesse, révèlent la présence de protéines associées au cancer chez la souris. 3. Ces cellules, que le groupe de Bhatia a générées à partir de cellules cutanées reprogrammées, sont une étape sur la voie de la création de cellules hépatiques humaines fonctionnelles. 4. Bhatia et Jeff Hasty de l'UCSD ont conçu ces bactéries pour libérer une explosion de protéines fluorescentes. Leur objectif est d'amener les bactéries à libérer des médicaments dans une tumeur. 5. Si les sphères d'hydrogel peuvent être piégées dans des matrices dans une chambre microfluidique, elles pourraient encapsuler des cellules hépatiques pour une utilisation dans des études sur les médicaments. 6. En 2011, le laboratoire de Bhatia a annoncé le développement de ce microfoie qui peut être implanté chez les animaux.

Dès son plus jeune âge, Bhatia était un bricoleur naturel. Une fois, elle a démonté le répondeur cassé de la famille, a décidé que quelques pièces semblaient hors de propos et l'a remonté, rétablissant sa fonction. Au lycée, elle s'est tournée vers la biologie et son père l'a encouragée à réfléchir au génie biomédical, alors un domaine naissant. Pendant ses études universitaires, à l'Université Brown, Bhatia a exploré les travaux sur la régénération nerveuse, ravie de se concentrer sur des projets visant à promouvoir la santé.



En 1991, après un bref passage dans une société pharmaceutique, Bhatia s'inscrit à un programme de génie mécanique au MIT. Elle est revenue en courant à l'université, se souvient-elle, parce que son travail dans l'industrie pharmaceutique était trop éloigné de l'interface humaine. Finalement, elle rejoindra le laboratoire de Mehmet Toner, SM '85, PhD '89, un jeune ingénieur biomédical du département de chirurgie de l'hôpital général de Mass dont l'enthousiasme m'a renversé, dit-elle. L'objectif de Toner était de créer un appareil analogue à une machine de dialyse pour les patients souffrant d'insuffisance hépatique aiguë : les cellules hépatiques de la machine traiteraient le sang des patients avant de le renvoyer dans le corps. Le défi de Bhatia était de trouver un moyen de maintenir les cellules dans une cartouche mécanique.

Cela s'est avéré difficile. Travaillant avec des cellules animales, Bhatia a tenté de recréer l'architecture du foie en les disposant sur un motif de surfaces hydrophile et hydrofuge. Après deux ans d'efforts infructueux, cependant, elle a réalisé qu'elle était dans une impasse. Cela n'allait tout simplement pas arriver, dit-elle. À la suggestion d'un camarade de classe, elle s'est finalement associée à l'installation de microfabrication du MIT, qui s'était jusque-là concentrée presque exclusivement sur la fabrication de puces informatiques. Le projet de Bhatia, impliquant une puce pour une étude cellulaire, était l'un des premiers du genre au MIT.

J'essaie d'être assez ouverte sur le fait d'avoir une vie, d'avoir des enfants et une carrière enrichissante, alors j'espère que les femmes voudront choisir cela.



À cette époque, Bhatia était inscrite à la division Harvard-MIT des sciences et technologies de la santé. (Elle a été transférée, après avoir été rejetée du programme la première fois, se souvient-elle avec un sourire ironique.) Dans le cadre du programme HST, elle a suivi des cours de médecine et s'est retrouvée amoureuse du corps humain. Elle a décidé de terminer un doctorat en médecine, mais elle n'a pas pu résister à l'envie de jeter son chapeau dans le ring pour des opportunités de recherche aussi; et au cours de sa troisième année de médecine, elle a reçu une offre de l'Université de Californie à San Diego pour rejoindre la faculté. Remarquablement, Bhatia a terminé sa quatrième année à la faculté de médecine de San Diego tout en assumant les responsabilités de professeure junior. Je travaillais à l'hôpital le jour, faisant des rotations, et j'installais le laboratoire la nuit, dit-elle. Et bien que l'horloge de la titularisation ait compté pendant un an avant qu'elle ne puisse se consacrer pleinement à la recherche, elle a été nommée professeure agrégée à l'UCSD en 2002.

Quelques années plus tard, cependant, elle était prête à retourner sur la côte Est. Elle et son mari, Jagesh Shah, SM '95, PhD '99, qu'elle avait rencontré lors de son premier jour à HST et qui avait déménagé avec elle en Californie, avaient eu une fille en 2003. Vivre plus près de sa famille élargie à Boston et Toronto est devenue une priorité : c'était une grande partie de la vie que j'ai toujours voulue, dit-elle. Elle et Shah ont donc mené une recherche conjointe, postulant pour des postes ensemble ou dans des institutions voisines. Après avoir reçu des offres jumelles du MIT et de Harvard, ils ont déménagé dans la région de Boston en 2005.

Bhatia joue sur la calculatrice dans le bureau de sa mère à l'âge de quatre ans.

Pendant ce temps, les travaux de Bhatia sur les microfoies ont fait un bond en avant. Elle a commencé à utiliser des cellules humaines plutôt qu'animales et, dans une série d'expériences cruciales, elle a montré que son système pouvait signaler des composés pharmaceutiques susceptibles de présenter un danger pour les personnes. Par exemple, un médicament appelé fialuridine, qui avait été étudié dans les années 1990 comme traitement de l'hépatite B, avait été testé sur des animaux sans soulever de problèmes de sécurité. Mais dans les essais cliniques, il a causé une insuffisance hépatique et la mort chez cinq sujets. Bhatia a montré que son système aurait identifié la fialuridine comme dangereuse. En 2008, elle a cofondé une société appelée Hepregen pour fabriquer le dispositif de puce de foie et le distribuer aux sociétés pharmaceutiques. Aujourd'hui, plus de 40 entreprises dans le monde utilisent la méthode de Bhatia pour tester l'innocuité des médicaments dans les cellules hépatiques avant de procéder à des essais cliniques. Nous pouvons attraper des drogues qui, autrement, ne pourraient pas l'être aussi tôt, dit-elle. Bhatia et ses collègues ont également utilisé ses modèles pour étudier les maladies affectant le foie, telles que l'hépatite C, l'hépatite B et le paludisme.

Par un après-midi ensoleillé d'octobre, dans l'une des six salles tentaculaires de son laboratoire, Bhatia pointe du doigt de petites poubelles où elle et son équipe stockent des moustiques porteurs du paludisme, infectés par du sang que Nil Gural, un étudiant diplômé HST du laboratoire, a recueilli auprès de patients en Thaïlande. Pour faire leurs recherches, Gural et d'autres ont coupé la tête des moustiques et retiré leurs glandes salivaires, qui sont remplies de parasites. Ensuite, ils ajoutent ces parasites à une culture de cellules hépatiques. Leur objectif est de surveiller la progression de l'infection et, plus précisément, d'étudier ce qui se passe lorsque le parasite devient inactif, ce qui se produit généralement après environ trois semaines. C'est ainsi que le paludisme se cache dans le foie, explique Bhatia, et c'est probablement le plus grand obstacle à l'éradication de la maladie une fois qu'elle est établie dans le corps. La forme dormante du parasite a également été difficile à étudier pour les chercheurs, car les cellules hépatiques sont si difficiles à maintenir en vie en dehors du corps. Depuis 2009, cependant, le groupe de Bhatia a utilisé son système modèle, dans lequel les cellules hépatiques peuvent survivre jusqu'à un mois, pour étudier le processus par lequel le parasite devient inactif. En fin de compte, Bhatia espère que ce travail fera la lumière sur la manière exacte dont l'agent pathogène dormant est réactivé chez les patients. Elle espère également que cela aidera les chercheurs à tester des médicaments visant à vaincre entièrement le parasite.

Ailleurs dans le laboratoire, une gamme d'équipements témoigne de l'ampleur du programme de recherche de Bhatia. Il y a une imprimante 3D pour le prototypage, une baie d'anesthésie pour les petits animaux et un robot magnétique qui est utilisé pour faire léviter des nanoparticules magnétiques. Voici Maggie, dit-elle, tapotant affectueusement le long bras robotique. En plus de travailler sur le foie, le groupe de Bhatia, qui est situé à l'Institut Koch pour la recherche intégrative sur le cancer, étudie les moyens de diriger les nanomatériaux vers les tumeurs afin d'imager, de diagnostiquer et, finalement, de traiter le cancer. Cette possibilité intéresse Bhatia depuis le début de sa carrière. En 2000, elle a commencé à collaborer avec le chercheur sur le cancer Erkki Ruoslahti de l'Université de Californie à Santa Barbara, qui avait développé des peptides qui se lient aux marqueurs produits par les vaisseaux sanguins tumoraux. Ces peptides peuvent être attachés aux surfaces de divers matériaux pour se concentrer sur les tumeurs. Bhatia et Ruoslahti ont également travaillé en étroite collaboration avec le scientifique des matériaux Michael Sailor à l'UCSD. Dans un projet, le groupe s'est concentré sur l'orientation des agents de contraste vers les tumeurs afin d'améliorer les technologies d'imagerie. Grâce à leur technologie, des matériaux tels que les nanoparticules d'oxyde de fer, qui sont utilisées en imagerie par résonance magnétique, iraient directement au cancer, permettant à un chirurgien de voir plus clairement si, par exemple, un ganglion lymphatique a été infiltré par la maladie.

Bhatia donne une conférence sur le diagnostic du cancer à TEDMED en 2015.

Au fil des ans, Bhatia, Sailor et Ruoslahti ont poursuivi une collaboration fructueuse. Nous avons été une équipe à trois, dit Sailor, ajoutant que lui et Bhatia se sont entendus immédiatement et ont réfléchi à une douzaine de projets possibles la première fois qu'ils se sont rencontrés, à la fin des années 1990. Dans des travaux plus récents, l'équipe s'est concentrée sur l'orientation des nanomatériaux vers les tumeurs qui métastasent. Ils ont introduit des peptides qui seraient coupés par les enzymes des tumeurs et produiraient également de la fluorescence. Et alors que l'intention initiale était de mettre en évidence la tumeur pour les examens IRM, ils ont rapidement remarqué que la vessie de chaque animal atteint de cancer s'illuminait de fluorescence, explique Bhatia. Il s'est avéré que la façon dont les matériaux interagissaient avec les enzymes créait un petit biomarqueur fluorescent qui pénétrait dans les reins et était libéré dans l'urine. Nous avons eu un grand moment 'Aha' où nous avons réalisé que nous n'avions pas du tout besoin de l'appareil IRM, dit Bhatia. Au lieu de cela, ils pourraient simplement tester l'urine pour des biomarqueurs révélateurs du cancer. Dans un travail supplémentaire, l'équipe a joué avec plusieurs façons dont ces marqueurs pourraient être détectés dans l'urine. Par exemple, ils ont créé un test sur papier, similaire à celui utilisé pour la grossesse, qui pourrait signaler la présence de tumeurs. Récemment, Bhatia a cofondé une société appelée Glympse Bio, visant à commercialiser la technologie. À terme, l'objectif serait de développer des outils pour détecter le cancer à un stade précoce. Même si elle décrit de tels outils comme un rêve et avertit qu'ils sont encore loin, elle espère qu'ils pourraient un jour inclure des tests spécifiques à un organe, analogues à la mammographie pour le cancer du sein ou à la coloscopie pour le cancer du côlon, qui détecteraient le cancer avant l'heure actuelle. les tests pourraient le faire.

La plupart des projets de Bhatia sur les utilisations médicales des nanomatériaux ont consisté à injecter les matériaux à des animaux. Mais l'année dernière, son laboratoire et ses collaborateurs à l'UCSD ont également trouvé une nouvelle façon de fournir ces matériaux de détection du cancer : dans les bactéries qui pourraient être consommées dans le yogourt . Lorsque ces bactéries modifiées sont entrées dans le corps des animaux, cette fois par le biais du tractus gastro-intestinal, elles se sont à nouveau concentrées sur les tumeurs et ont créé des biomarqueurs qui pouvaient être détectés dans l'urine. Cette approche fonctionnera probablement mieux pour les tumeurs du tractus gastro-intestinal, y compris le côlon, car c'est juste là, dit Bhatia. Cela pourrait également bien fonctionner pour détecter les tumeurs du foie, car les nutriments et les métabolites atteignent cet organe relativement directement. Dans un autre projet, Bhatia utilise des bactéries modifiées pour traiter le cancer plutôt que de simplement le diagnostiquer. Là, l'objectif est que les bactéries se concentrent sur les tumeurs et délivrent des molécules qui les tueront entièrement. Nous appelons cela notre projet probiotique programmable, dit-elle.

Bhatia, 47 ans, a accumulé une liste impressionnante de distinctions et de récompenses, dont le prix Lemelson-MIT, la bourse Packard et le prix Heinz. Elle est également membre de l'Académie américaine des arts et des sciences et de la National Academy of Engineering. Pourtant, alors même que sa carrière s'envole, elle est consciente des défis auxquels sont confrontées les femmes scientifiques et consacre un temps considérable à soutenir les autres. Quand j'ai commencé à Brown [au milieu des années 1980], mon meilleur ami et moi avons regardé autour de nous dans notre classe d'ingénieurs de première année et avons vu 50 % d'hommes et 50 % de femmes et nous nous sommes dit : « Pourquoi tout ce remue-ménage ? », dit-elle. Ils pensaient que ce n'était qu'une question de temps avant que les femmes ne soient bien représentées. Pourtant, au moment où elle a obtenu son diplôme, seulement 16 % des ingénieurs de sa classe étaient des femmes.

Bhatia examine un moule microfabriqué utilisé pour fabriquer des microfoies contre le paludisme dans son laboratoire en 2013.

Cette attrition est ce que les spécialistes des sciences sociales appellent le pipeline qui fuit. Et pour Bhatia, intéresser les filles à la science - et être un modèle actif pour les encourager à s'y tenir - est depuis longtemps une passion. Elle a pris le temps d'organiser (avec Shah) l'expo-sciences à l'école primaire de leurs filles pendant plusieurs années. En tant qu'étudiante diplômée, elle a aidé à lancer un programme appelé Clés pour autonomiser les jeunes , qui amène chaque année des collégiennes au MIT pour participer à des travaux de laboratoire. Cette expérience peut renforcer leur confiance dès le début, augmentant peut-être les chances qu'ils choisissent d'étudier les sciences et leur donnant la résilience nécessaire pour persévérer dans des carrières scientifiques. Elle essaie également de se rendre publiquement visible, en particulier auprès des jeunes femmes. Ma tendance naturelle est de vouloir être dans le laboratoire et faire mon travail, mais je pense que vous ne pouvez pas être un modèle si les gens ne peuvent pas vous voir, dit-elle. Dans les apparitions dans la presse, elle apparaît comme fondée et relatable ainsi que scientifiquement sérieuse. UNE 2009 Nouvelle profil , par exemple, a montré ses deux filles en train de faire des expériences scientifiques avec elle dans la cuisine, de faire du shopping pour acheter des jouets (mais pas de Barbies) et de sauter dans le lit avec elle et son mari le matin - un rare aperçu de la vie personnelle d'un scientifique chevronné. Elle parle des rendez-vous hebdomadaires avec Shah. Et l'amie d'université Theresia Gouw (maintenant capital-risqueur) confirme que Bhatia reste en contact étroit avec ses amis; un week-end annuel entre filles implique généralement du shopping et des spas. J'essaie d'être assez ouverte sur le fait d'avoir une vie, d'avoir des enfants et une carrière enrichissante, alors j'espère que les femmes voudront choisir cela, dit Bhatia.

Dans son laboratoire également, elle favorise une camaraderie intellectuelle solidaire. Elle est douée pour créer un environnement où les gens veulent vraiment s'entraider et collaborer, explique l'étudiante diplômée Gural. Bhatia est également conseillère auprès de la MIT Society of Women Engineers et défend les femmes scientifiques au MIT et ailleurs. Pour moi, c'est une obligation de sensibiliser, dit-elle, citant les préjugés inconscients contre les chercheuses dans l'embauche, la promotion et les opportunités de prise de parole comme un problème dont certains scientifiques ne sont peut-être toujours pas conscients. À l'échelle nationale, seulement environ un quart des doctorats en génie sont obtenus par des femmes, environ 15 % des professeurs d'ingénierie titulaires ou menant à la permanence sont des femmes et seule une infime partie des startups technologiques ont des fondatrices. Les gens disent encore que c'est une question de temps, et ça s'améliore, dit-elle. Mais je suis assez impatient quant à la pente de la ligne.

cacher