La biologie rencontre la robotique au WEF Chine

Focalisés sur la recherche transformatrice qui mêle la technologie aux mondes physique, biologique et numérique, des professeurs de l'ETH Zurich ont livré hier des aperçus sur les avancées technologiques en médecine lors de la réunion annuelle des nouveaux champions du Forum économique mondial. Lors de leur session Ideas Lab à Tianjin, en Chine, les professeurs de l'ETH Martin Fussenegger, Brad Nelson et Viola Vogel se sont exprimés sur l'interface entre la biologie, la physique et l'ingénierie. En tant que Jeunes scientifiques et Global Shapers, le professeur Gabriela Hug, nouvellement nommé, et le candidat au doctorat, Epameinondas (Epa) Gousopoulos, faisaient également partie des 150 experts universitaires invités au WEF Chine.

Le pouvoir de guérison du cerveau

Révélant le pouvoir fascinant du cerveau humain, Martin Fussenegger a présenté comment les signaux électriques de nos pensées peuvent en fin de compte produire des protéines thérapeutiques dans notre corps. Fussenegger, professeur de biotechnologie et de bioingénierie à l'ETH Zurich, a partagé les résultats des recherches de son équipe en optogénétique, une science qui utilise la lumière pour déclencher l'expression des gènes. Il a expliqué que les ondes cérébrales enregistrées de sujets qui ont adopté un état mental spécifique - en se concentrant sur un jeu informatique ou en méditant sur leurs récentes vacances, par exemple - ont activé à distance la LED proche de l'infrarouge dans un implant alimenté par fil, ajustant ainsi le niveau d'une protéine thérapeutique dans le flux sanguin d'un animal.

Fussenegger a exprimé son anticipation qu'un jour nous pourrions utiliser notre propre montre "intelligente" comme un dispositif électro-génétique pour l'intervention thérapeutique de la douleur chronique et de l'épilepsie, ainsi que des maladies d'Alzheimer et de Parkinson. "Eventually a patient will be able to control the level of a therapeutic protein in his blood stream with his own mind", a déclaré Fussenegger.

Notre combat contre les bactéries

Si la thérapie corporelle peut paraître une idée séduisante, il est plus difficile pour nous de comprendre que chaque jour, une bataille aux proportions épiques se déroule à l'intérieur de nos corps. On estime à 35 000 milliards le nombre de cellules humaines qui luttent contre le même nombre de bactéries qui se divisent rapidement. Alors que certaines bactéries synthétisent des molécules "bonnes à tout faire", les bactéries pathogènes tentent en permanence de nous envahir. Viola Vogel, directrice adjointe du département des sciences et technologies de la santé de l'ETH Zurich, s'est exprimée lors du laboratoire d'idées chinois du WEF sur le combat physique que mènent nos cellules immunitaires contre les bactéries. Les macrophages, des cellules immunitaires semblables à celles de Pac-Man, recherchent, capturent et littéralement éliminent les bactéries des surfaces avant de pouvoir enfin les éliminer. Si les bactéries sont exposées à certains antibiotiques à des concentrations trop faibles pour les tuer, E-coli se développe en longs filaments, ce qui rend le travail des macrophages difficile.

L'équipe de recherche de Vogel étudie le comportement de chasse des macrophages et travaille avec des chercheurs du département de robotique et de systèmes intelligents de l'ETH Zurich pour tester des pièges magnétiques pour les bactéries. Elle déclare : "Les connaissances sur les aspects mécaniques à l'échelle micro et nanométrique peuvent nous aider à comprendre les effets secondaires non anticipés des médicaments couramment utilisés et nous conduire à découvrir de nouvelles stratégies pour lutter contre les infections bactériennes".

Inspiré par la salmonelle

""Lorsque les ingénieurs sont confrontés à un problème, ils se tournent vers la nature pour trouver l'inspiration", a déclaré Brad Nelson. Nelson, professeur à l'Institut de robotique et de systèmes intelligents, et son équipe se concentrent sur le développement, la fabrication et les applications des micro et nano-robots. L'ingénierie de robots à l'échelle micro et nano a nécessité que Nelson et son équipe se tournent vers la nature afin de dépasser les apparentes limitations de la physique. Lors de l'Ideas Lab au WEF Chine, il a partagé comment le flagella - un appendice en forme de queue rend les bactéries comme E. coli et Salmonella avides de nager. "La nature a inventé le moteur rotatif", a déclaré Nelson, qui a été inspiré pour développer de petits flagella artificiels en forme de vis de cork propulsés par un champ magnétique un millier de fois moins puissant qu'une IRM. Nelson prévoit que dans la ou les décennies à venir, des nano-robots - si petits qu'environ 30 millions pourraient être contenus dans une seule goutte d'eau - fourniront des thérapies ciblées à base de médicaments et de cellules souches à des cellules spécifiques dans le corps. Actuellement, les recherches brevetées de Nelson ont abouti à une approche clinique pour le guidage de minuscules cathéters dans le cœur.

Jeunes scientifiques et Global Shapers

Le WEF réunit également une communauté de jeunes scientifiques et de Global Shapers qui comptent parmi les esprits les plus innovants du monde. Gabriela Hug, un nouveau professeur du département de technologie de l'information et d'ingénierie électrique de l'ETH Zurich, s'est adressée à un forum de jeunes scientifiques à Tianjin sur la manière dont nous pouvons optimiser le système électrique tout en minimisant les coûts à mesure que nous avançons vers une énergie renouvelable et durable (voir article en allemand ou en anglais sur les Actualités ETH).

Candidat au doctorat en chimie et biosciences appliquées à l'ETH Zurich, Epa Gousopoulos a participé au programme Global Shapers lors de la réunion annuelle des Nouveaux Champions. Gousopoulos défendra ses recherches sur le lymphœdème, une complication débilitante du traitement post-cancer, à la suite du WEF. Passionné par la médecine translationnelle, il cherche à clarifier les mécanismes biologiques à l'origine des complications qui suivent souvent les traitements du cancer du sein et du cancer gynécologique.