Comment une chercheuse détecte des signaux chimiques dans le cerveau
Nako Nakatsuka a gagné un rang sur la liste des "Innovators Under 35" de la "MIT Technology Review" de cette année. La raison en est son invention d'un biocapteur chimique précis qui permet de mieux comprendre les processus moléculaires dans le cerveau et les maladies telles que la maladie d'Alzheimer, la dépression et la maladie de Parkinson.
Plus de 100 milliards de neurones dans le cerveau humain communiquent entre eux sans arrêt par des signaux électriques et chimiques. Jusqu'à présent, la recherche s'est surtout concentrée sur la communication électrique, mais Nako Nakatsuka, collaboratrice scientifique à l'Institut de technique biomédicale de l'ETH Zurich, s'aventure désormais sur le terrain encore assez méconnu de la signalisation chimique. Pour mieux étudier et comprendre les fonctions cérébrales, une technologie de capteurs précise est nécessaire. "Nous ne comprenons toujours pas tout ce qui se passe dans notre cerveau. Ainsi, il peut arriver que nous nous réveillions un matin et que nous soyons tristes sans raison particulière", explique Nakatsuka. "Tout cela est contrôlé par des processus chimiques dans le cerveau, dont nous ne savons que peu de choses".
Innovateur en biotechnologie
Fin juin dernier, Nako Nakatsuka a été inscrite sur la liste "Innovators Under 35" de la "MIT Technology Review" pour avoir développé un biocapteur qui permet aux neuroscientifiques de mieux comprendre la communication moléculaire des cellules cérébrales. Pour mieux comprendre comment les maladies mentales et neurodégénératives se développent, "il est essentiel de commencer par se demander comment les cellules cérébrales ou les neurones sains communiquent", explique-t-elle. Les progrès de la recherche dans le domaine de la neurochimie sensorielle ont été entravés par le fait que les molécules cérébrales de structure similaire sont très difficiles à distinguer dans l'environnement cérébral complexe constitué d'une multitude de molécules perturbatrices.
Le prix du MIT a non seulement permis d'élargir le réseau personnel de Nakatsuka et d'initier un dialogue interdisciplinaire, mais aussi d'ouvrir de nouvelles perspectives sur les conséquences éthiques et sociales des nouvelles technologies. L'industrie s'est également montrée enthousiaste quant au potentiel commercial du biocapteur de Nakatsuka.
"Les idées de Nako pourraient révolutionner la biomédecine", déclare Janos Vörös, professeur à l'Institut de technique biomédicale et l'un des principaux chercheurs du laboratoire de biocapteurs et de bioélectronique de l'ETH Zurich. "Au vu de son enthousiasme sans limite, je suis convaincu qu'elle parviendra à fabriquer de nouvelles plateformes de capteurs basées sur des nanomatériaux. Celles-ci auront une grande utilité en neurosciences et dans d'autres domaines, comme les maladies infectieuses, le cancer et les méthodes de diagnostic - pour presque tout ce que nous voulons analyser."
Mais la scientifique fait pour l'instant un signe modeste de la main : "Nous en sommes aux premiers stades expérimentaux de cette recherche. Il ne faut donc pas s'attendre à ce que l'on puisse bientôt suivre son activité cérébrale sur une Apple-Watch".
Un outil révolutionnaire pour comprendre le cerveau
Au carrefour de la chimie, de l'ingénierie et des neurosciences, Nakatsuka a réussi à développer un biocapteur qui possède un énorme potentiel pour faire progresser l'analyse dans toutes les disciplines. Ses capteurs sont déjà utilisés dans des laboratoires du monde entier pour analyser les neurotransmetteurs cérébraux dans des échantillons biologiques vivants complexes avec une résolution nanométrique inégalée.
L'instrument lui-même se compose d'une pipette en verre munie d'une canule de seulement dix nanomètres - invisible à l'œil nu. À l'aide de séquences d'ADN et de deux électrodes, le capteur peut détecter et mesurer des substances neurochimiques pendant qu'elles s'écoulent à travers la minuscule pipette en verre. Nakatsuka prévoit de continuer à développer sa technologie de capteur comme base pour de futures applications dans la médecine préventive ou des approches thérapeutiques pour les maladies cérébrales.
Ikigai - une passion pleine de sens
"Ma vie est faite d'une série d'heureux hasards", dit Nako Nakatsuka. Mais lorsqu'elle parle de sa vie, il apparaît clairement que tout n'est guère dû au hasard et qu'elle poursuit ses intérêts de manière ciblée et avec passion : L'art, le sport et la science. Elle associe souvent ses passions à une autre cause, par exemple en tant qu'illustratrice du livre pour enfants "A is for Atom : ABCs for Aspiring Chemists". Son engagement s'étend sur plusieurs générations, par exemple en participant à la vidéo de Buzz-Feed "Kids Teach Science Experiments to a Real Scientist" ou en incitant sa grand-mère de 89 ans, toujours en pleine forme, à prendre un abonnement de fitness. De son point de vue, "il n'y a pas de limites quand on aide les autres à croire en leurs capacités".
Pour Nakatsuka, trouver son sens à la vie - au Japon, on parle d'"ikigai" - était une question de persévérance. "Il y a toujours des moments difficiles quelque part, mais si j'avais cédé à de telles pensées, je n'aurais pas été capable d'aller de l'avant. Le simple courage aide à traverser les moments difficiles".
Nakatsuka est née à Osaka, au Japon, et a grandi à Tokyo. Elle décrit sa vie familiale comme étant traditionnellement japonaise - à l'exception de la décision peu conventionnelle de sa mère de l'inscrire à l'International School of the Sacred Heart, une école exclusivement réservée aux filles. En règle générale, les enfants japonais fréquentent un système scolaire non confessionnel et mixte, centré sur la langue, la culture et l'histoire japonaises. "Je pense que le fait d'aller dans une école internationale pour filles m'a beaucoup aidée. Je n'ai pas eu à me soucier de la dynamique socioculturelle de genre qui prévaut dans les écoles mixtes. Au lieu de cela, j'ai pu me concentrer pleinement sur les matières scolaires et le sport", explique-t-elle. "Je me sentais acceptée telle que j'étais, et j'étais plutôt ringarde".
Tournant du destin
Toute sa vie, des modèles féminins forts ont marqué la chercheuse de l'ETH. À l'université de Fordham à New York, sa professeure Ipsita Banerjee l'a encadrée au-delà de sa charge de travail de Bachelor en lui offrant une expérience de recherche pratique dans un laboratoire de bionanotechnologie spécialisé dans l'ingénierie tissulaire. C'est là qu'elle a gagné la co-rédaction de ses premiers travaux scientifiques, évalués par des pairs, alors qu'elle était encore étudiante. À l'Université de Californie à Los Angeles (UCLA), elle a été formée par son mentor, le professeur Anne Andrews, à aborder des sujets scientifiques visionnaires et à aiguiser ses connaissances en matière de communication scientifique.
C'est peut-être un clin d'œil du destin qui l'a amenée à faire spontanément visiter le campus de l'UCLA à un professeur invité. Il lui a décrit ses recherches à l'ETH Zurich comme l'une des meilleures expériences de sa carrière scientifique. Nakatsuka avoue qu'elle n'avait jamais entendu parler de l'ETH Zurich jusqu'alors. Mais elle a été tentée d'y poser sa candidature. Janos Vörös l'a invitée à un entretien et l'a soutenue dans sa candidature à l'une des bourses postdoctorales (ETH Fellowship) de l'ETH Zurich, attribuées sur une base compétitive. Cette bourse lui a permis de passer ses deux premières années à l'ETH Zurich. Elle se souvient : "Dès ma première visite à l'ETH Zurich pour l'entretien d'embauche, je suis tombée amoureuse du laboratoire de biocapteurs et de bioélectronique. J'ai tout de suite eu le sentiment que c'était ça".
