"Como podemos fazer nanomateriais que não foram evoluídos antes?", perguntou Angela Belcher na Mildred S. Dresselhaus Lecture 2023 no MIT em 20 de novembro. "Podemos usar elementos que a biologia já nos deu."

O público combinado presencial e virtual de mais de 300 pessoas foi tratado com um modelo 3D iluminado do bacteriófago M13, um vírus que infecta apenas bactérias, completo com uma fita de DNA. A Belcher usou o modelo de penas para mostrar como seu grupo de pesquisa modifica os genes do M13 para adicionar novas sequências de DNA e peptídeos a materiais inorgânicos.

"Eu amo controlar materiais na nanoescala usando biologia", disse Belcher, professor de Engenharia Biológica da James Mason Crafts, professor de ciência dos materiais e do Instituto Koch de Pesquisa Integrativa do Câncer no MIT. "Todos nós sabemos que se você controlar materiais na nanoescala e puder começar a ajustá-los, então você pode ter todos os tipos de aplicações diferentes." E as oportunidades são realmente vastas – desde a construção de baterias, células de combustível e células solares até sequestro e armazenamento de carbono, remediação ambiental, catálise e diagnósticos médicos e de imagem.

A Belcher borrifou sua palestra com modelos e adereços, alinhados em uma mesa na frente da sala de aula 10-250, para demonstrar uma grande variedade de conceitos e projetos possibilitados pela intersecção da biologia e da nanotecnologia.

"Como passar de uma sequência de DNA para uma bateria em funcionamento?", questionou Belcher. Pegando um modelo de um grande nanotubo de carbono, ela explicou como seu grupo projetou um fago para pegar nanotubos de carbono que enrolariam todo o caminho ao redor do vírus e, em seguida, preencheriam com diferentes materiais de cátodo ou ânodo para fazer nanofios para eletrodos de bateria.

Que tal usar o bacteriófago M13 para melhorar o meio ambiente? A Belcher se referiu a um projeto do ex-aluno Geran Zhang PhD '19 que provou que o vírus também pode ser modificado para esse contexto. Ele usou o fago para moldar materiais de alta superfície, à base de carbono, que podem pegar pequenas moléculas e quebrá-las, disse a Belcher, abrindo um reino de possibilidades, desde a limpeza de rios até o desenvolvimento de agentes de guerra química e o combate à poluição.

Na área de imagens biomédicas, explicou Belcher, muito menos se sabe em imagens de infravermelho próximo - imagens em comprimentos de onda acima de 1.000 nanômetros - do que outras técnicas de imagem, mas com infravermelho próximo os cientistas podem ver muito mais profundamente dentro do corpo. O laboratório da Belcher construiu seus próprios sistemas para obter imagens nesses comprimentos de onda. A terceira geração deste sistema fornece imagens ópticas submilimétricas em tempo real para cirurgia guiada.

Trabalhando com Sangeeta Bhatia, professora de engenharia de John J. e Dorothy Wilson, a Belcher usou nanotubos de carbono para construir ferramentas de imagem que encontram pequenos tumores durante a cirurgia que, de outra forma, os médicos não seriam capazes de ver. A ferramenta é, na verdade, um vírus projetado para carregar consigo um nanotubo de carbono fluorescente de parede única enquanto procura os tumores.

Perto do final de sua palestra, a Belcher apresentou um objetivo: desenvolver uma tecnologia acessível de detecção e diagnóstico para o câncer de ovário em cinco a 10 anos.

"Achamos que podemos fazer isso", disse Belcher. Ela descreveu o trabalho de seus alunos desenvolvendo uma maneira de escanear uma trompa de Falópio inteira, em vez de apenas uma pequena porção, para encontrar lesões pré-câncer, e falou sobre a equipe de professores, médicos e pesquisadores do MIT trabalhando coletivamente para esse objetivo.

"Parte do segredo da vida e do sentido da vida é ajudar outras pessoas a aproveitar a passagem do tempo", disse Belcher em suas considerações finais. "Acho que todos nós podemos fazer isso trabalhando para resolver alguns dos maiores problemas do planeta, incluindo ajudar a diagnosticar e tratar o câncer de ovário precocemente para que as pessoas tenham mais tempo para passar com sua família."

A Belcher foi a quinta palestrante a proferir a Dresselhaus Lecture, evento anual organizado pelo MIT.nano para homenagear a falecida professora do Instituto de Física e Engenharia Elétrica do MIT, Mildred Dresselhaus. A palestra apresenta um palestrante de qualquer lugar do mundo cuja liderança e impacto ecoam a vida, as realizações e os valores de Dresselhaus.

"Millie foi e é uma grande heroína minha", disse Belcher. "Dar uma palestra em nome de Millie é apenas a maior honra."

A Belcher dedicou a palestra a Dresselhaus, a quem descreveu com uma série de elogios – um pioneiro, um gênio, um mentor, professor e inventor incrível. "Só de conhecê-la foi um privilégio", disse.

A Belcher também dedicou sua palestra à própria avó e mãe, ambas falecidas de câncer, além das falecidas professoras do MIT Susan Lindquist e Angelika Amon, que morreram de câncer de ovário.

"Tive a sorte de trabalhar apenas com os mais talentosos e dedicados alunos de pós-graduação, graduação, pós-docs e pesquisadores", concluiu Belcher. "Foi uma alegria pura estar em parceria com todos vocês para resolver esses problemas tão assustadores."