Sortir de sa zone de confort pour aller toujours plus loin

En 2008, lorsque Nako Nakatsuka décolle de son Tokyo natal pour rejoindre New York, le secteur des biocapteurs prend lui aussi son envol. Pour la jeune fille de 17 ans, c’est le début d’un riche périple: avec une bourse universitaire et sportive en poche, cette athlète et scientifique en herbe fait escale à l’université de Fordham, à l’UCLA et à l’ETH Zurich avant d’atterrir à son poste actuel de professeure assistante tenure track à l’EPFL.

Sa formation prend un tournant imprévu lorsque le cursus en ingénierie chimique qu’elle entame à Fordham est interrompu l’année suivante. L’étudiante se tourne alors vers la chimie, une décision qui allait la placer sur l’avant-scène de la recherche dans le domaine des biocapteurs.

Malgré ce changement de cap inopiné, ses années de bachelor sont marquées par une série de réussites exceptionnelles, avec notamment quatre publications (dont deux en tant qu’autrice principale) et rédaction d’un chapitre d’un livre. Sous l’égide de la professeure Ipsita Banerjee, Nako Nakatsuka trouve ses marques dans les laboratoires de chimie et mène des recherches pointues, alors que la plupart des étudiantes et étudiants de son âge s’efforcent encore de jongler entre études et lessives.

«Le mentorat d’Ipsita Banerjee à l’université de Fordham a été déterminant pour moi. Je passais mes matinées à m’entraîner avec l’équipe d’athlétisme, mes journées étaient consacrées aux cours et le soir, je traversais New York, du Bronx au Queens, pour passer des heures à ses côtés au laboratoire, raconte Nako Nakatsuka. Elle était extrêmement investie et attendait beaucoup de moi. Grâce à ses conseils, j’ai appris à me surpasser dans le travail. Et puis elle a su me transmettre sa passion: mener des recherches pouvant avoir un impact sur la société.»

Ces premières années ne sont pas de tout repos pour Nako Nakatsuka, qui se lève tôt pour s’entraîner et travaille souvent au laboratoire après minuit. Mais ce dur labeur est payant. Elle se souvient: «Lors des entretiens que je passais dans différentes universités américaines pour obtenir un poste de doctorante, un certain nombre de membres du corps professoral n’en revenaient pas qu’une étudiante de premier cycle dans une université lambda ait déjà publié autant d’articles».

Cependant, une fois le premier moment d’incrédulité passé, la jeune scientifique a non seulement été reconnue, mais on lui également a confié le développement d’une toute nouvelle méthode d’analyse des niveaux de sérotonine et de dopamine. Elle travaille sous la supervision de deux scientifiques de renom: Paul S. Weiss, spécialisé dans les nanosciences, et Anne M. Andrews, biochimiste et chercheuse en neurosciences. Le duo trouve en Nako Nakatsuka la perle rare capable d’établir une passerelle entre leurs domaines de recherche respectifs, dans l’optique d’élaborer une nouvelle technique pour observer et comprendre les phénomènes neurochimiques.

En 2017, à 27 ans, Nako Nakatsuka apporte déjà une contribution scientifique majeure au domaine des biocapteurs grâce à sa thèse de doctorat, et trouve même le temps d’illustrer un livre pour enfants sur les bases de la chimie. Ses brillants résultats attirent l’attention de l’ETH Zurich, et la chercheuse s’envole pour la Suisse en 2018 pour y effectuer son postdoctorat.

À Zurich, alors âgée de 31 ans, Nako Nakatsuka invente un nanobiocapteur de sérotonine qui reste aujourd’hui encore le plus petit biocapteur jamais créé pour la détection neurochimique. Cette invention lui vaut de figurer sur la prestigieuse liste des 35 innovatrices et innovateurs de moins de 35 ans du MIT. Pendant ses années de bachelor et de master, la chercheuse a appris à maîtriser les subtilités de la chimie. À l’UCLA, elle a pris conscience de l’impact que ses capteurs peuvent avoir sur les neurosciences et son expérience à l’ETHZ lui a permis de consolider ses compétences dans le domaine de l’ingénierie. C’est cette approche pluridisciplinaire unique qu’elle apporte aujourd’hui à l’EPFL.

Je me rends bien compte qu’en tant que chimiste, je fais un peu figure d’exception à Neuro X. Pour autant, je suis certaine que mes biocapteurs et mes connaissances en chimie des surfaces peuvent être très utiles aux labos de l’Institut Neuro X et, plus largement, à l’EPFL. Je suis toujours ouverte aux collaborations.

Arrivée au début de cette année à la Faculté des sciences et techniques de l’ingénieur et l’Institut Neuro X de l’EPFL, Nako Nakatsuka garde son enthousiasme pour les collaborations pluridisciplinaires et la vulgarisation scientifique. «Je me rends bien compte qu’en tant que chimiste, je fais un peu figure d’exception à Neuro X. Pour autant, je suis certaine que mes biocapteurs et mes connaissances en chimie des surfaces peuvent être très utiles aux labos de l’Institut et, plus largement, à l’EPFL. Je suis toujours ouverte aux collaborations». Si ses biocapteurs sont ultraperformants pour le suivi des biomarqueurs de maladies neurodégénératives, ils pourraient également être intégrés dans des neuroprothèses. Cette autre application donnerait à son Laboratoire de nanotechnologie chimique (CHEMINA) la possibilité de participer grandement aux nouvelles initiatives de recherche translationnelle en neurosciences à Neuro X.

Nako Nakatsuka souhaiterait aussi reprendre les programmes de soutien qu’elle a contribué à mettre en place aux États-Unis. À l’UCLA, elle a accompagné des étudiantes et étudiants venant de milieux défavorisés pour leur permettre de rattraper leur retard sur les plus privilégiés. Sur une classe de vingt élèves, cinq ont poursuivi leurs études en doctorat dans des établissements prestigieux comme le MIT et Stanford. «Accompagner des étudiantes et étudiants avec un parcours universitaire incertain et leur donner les clés pour faire partie des meilleurs éléments de l’UCLA a été une expérience incroyable et extrêmement enrichissante», se souvient-elle.

C’est toujours plaisant de savourer ses réussites, mais vous savez, je travaille déjà sur la prochaine demande de bourse.

Vu sa détermination, il n’est pas surprenant que Nako Nakatsuka ait réussi à conjuguer sport et études avec autant de brio. «Les défis sportifs ont toujours été un bon moyen de sortir de ma zone de confort», confie-t-elle. À Los Angeles, elle va jusqu’à rejoindre l’équipe de triathlon sans savoir nager.

La détermination et les aptitudes de la jeune femme, qui n’avait qu’une maigre expérience en ski de fond, lui ont permis de participer au marathon de ski de l’Engadine l’année dernière. «Une fois que vous êtes au point dans un domaine et que vous maîtrisez le sujet, il faut se lancer dans un nouveau défi capable de vous transcender», conclut-elle.

Nako Nakatsuka a également rejoint un groupe de course à pied sur le campus, qui permet de réunir des scientifiques de différents laboratoires sur les rives du Léman. La chercheuse a certainement trouvé là un excellent moyen pour lancer des projets de collaborations pluridisciplinaires tout en évacuant le stress de la vie universitaire! Lorsque je l’ai félicitée pour la bourse prestigieuse qu’elle a récemment décrochée auprès de la Fondation Philanthropique Famille Sandoz, voici ce qu’elle m’a répondu: «Merci, c’est toujours plaisant de savourer ses réussites, mais vous savez, je travaille déjà sur la prochaine demande de bourse.»

Ne manquez pas la leçon inaugurale de Nako Nakatsuka, «Chemical Nanotechnologies for Human Health», prévue le 20 septembre 2024.

Le biocapteur innovant développé par Nako Nakatsuka, à l’interface de la chimie, de l’ingénierie et des neurosciences, permet de surveiller des neurotransmetteurs comme la sérotonine et la dopamine à des concentrations qu’il était auparavant impossible de mesurer à des résolutions nanométriques. Cet outil révolutionnaire repose sur des séquences d’ADN monocaténaire spéciales, ou aptamères, qui ciblent les neurotransmetteurs.

Ces aptamères sont placés dans des pipettes en verre dotées d’ouvertures nanométriques et permettent une détection précise des neurotransmetteurs dans des environnements où pullulent les molécules interférentes. La petite taille des ouvertures bloque efficacement toutes les biomolécules non spécifiques plus grandes qui pourraient entraîner des erreurs de lecture.

Ce biocapteur innovant change la donne, car il peut être placé directement à proximité de neurones vivants pour cartographier, en temps réel et de manière dynamique, la libération de neurotransmetteurs. Grâce à ses ouvertures nanoscopiques, la pipette peut approcher de très près les synapses (les espaces de 20 nanomètres qui séparent les neurones et assurent la communication entre eux) et permet ainsi d’observer d’une toute nouvelle façon les interactions chimiques essentielles qui se produisent dans le cerveau.

Cette stratégie innovante représente une véritable avancée vers une utilisation conjuguée de détection neurochimique et de mesures électriques dans les réseaux de neurones humains pour tenter de mieux comprendre les maladies neurologiques et le fonctionnement du cerveau.