Il y a rarement le temps d’écrire sur chaque histoire scientifique cool qui se présente à nous. Cette année encore, nous publions une série spéciale d’articles sur les Douze jours de Noël, mettant en lumière une histoire scientifique qui est passée entre les mailles du filet en 2020, chaque jour du 25 décembre au 5 janvier. Aujourd’hui: Comment construire un système digestif synthétique pour Marvel’s Vision. Bonus : évaluer l’état de santé de cinq Avengers pour déterminer comment leur santé se comportera à mesure qu’ils vieillissent.

Les gens de Marvel Studios ne sont pas les seuls à aimer imaginer Et si…? Inspirés par la vision de Marvel, deux scientifiques ont examiné l’état actuel de la robotique douce pour déterminer s’il serait possible de construire un système digestif artificiel pour le synthézoïde, décrivant leur travail comme article publié plus tôt cette année dans la revue Superhero Science + Technology.  (Il s’agit d’une revue en libre accès publiée par TU Delft « qui considère les nouvelles recherches dans les domaines de la science, de la technologie, de l’ingénierie et de l’éthique motivées et présentées en utilisant le genre des super-héros. »)

Hé, les esprits curieux ont besoin de savoir! Ce n’est pas seulement un exercice amusant dans une forme plus positive de nerd-gazageou. Les auteurs notent que l’humanité en général bénéficierait des progrès de ces systèmes, avec des applications dans le remplacement d’organes et des traitements cliniques pour les patients souffrant de problèmes digestifs chroniques.

Pour ne pas être en reste, ont publié des chercheurs de l’Université du Queensland à Brisbane, en Australie. un papier dans le spécial Numéro de Noël du British Medical Journal (BMJ), examinant les traits personnels et les comportements de santé de cinq des Avengers de Marvel, afin d’évaluer les défis que cette cohorte extraordinaire pourrait rencontrer en vieillissant. Le numéro de Noël du BMJ est généralement de nature plus légère, bien que la revue tient à jour que les articles qui y sont publiés « adhèrent toujours aux mêmes normes élevées de nouveauté, de rigueur méthodologique, de transparence des rapports et de lisibilité que celles qui s’appliquent dans le numéro régulier ».

Une vision de la digestion artificielle

(Quelques spoilers pour Avengers: L’ère d’Ultron et WandaVision ci-dessous.)

Vision, en tant que synthézoïde, ne mange notoirement pas. Dans Captain America: Guerre de Sécession, par exemple, il essaie de faire le plat préféré de Wanda, paprikash, soulignant que ses compétences culinaires pourraient ne pas être à la hauteur, car il n’a jamais consommé aucun type de nourriture. Ce point est réitéré dans le deuxième épisode de WandaVision. Au lieu de tirer de l’énergie d’un processus métabolique, Vision obtient un approvisionnement presque infini d’énergie de la Pierre de l’Esprit dans son front.

Mais le fait que Vision ne mange pas signifie-t-il qu’il ne peut pas? Il aurait besoin d’un système digestif artificiel pour le faire, selon les co-auteurs Falk J. Tauber (Université de Freiberg) et Barry W. Fitzgerald (Université de technologie d’Eindhoven).  Dans le MCU, le synthézoïde a été créé en utilisant le berceau de régénération d’Helen Cho en 2015. Avengers: L’ère d’Ultron, à partir de vibranium et du tissu artificiel Simulacra. Ensuite, la pierre de l’esprit a été placée dans son front pour alimenter le cerveau artificiel de Vision. Il n’y a pas de scènes dans les films Marvel (ou même les bandes dessinées) révélant spécifiquement un système digestif.

Mais le berceau de régénération a donné à Vision un cerveau, des yeux et une langue, de sorte que la technologie devrait également être capable de créer d’autres organes, comme un œsophage, un estomac, des intestins et un rectum, tous des éléments essentiels du système digestif humain. Les auteurs notent également que Vision est empalé dans Avengers: Infinity War et ressent une douleur intense (mais pas de perte de sang). Donc, Vision doit avoir une sorte de système nerveux avec des récepteurs de la douleur. Mais il peut manquer d’un système circulatoire, ce qui est crucial dans le corps humain pour distribuer les nutriments aux cellules.

En l’absence d’une chambre de régénération, de vibranium ou d’une pierre de l’esprit, Tauber et Fitzgerald se sont tournés vers le domaine de la robotique douce pour trouver des composants potentiels d’un système digestif artificiel. Par exemple, un bon candidat pour un œsophage artificiel est un système de pompage péristaltique robotique souple (connu sous son acronyme SBPP), développé par Tauber (alors Esser) et plusieurs collègues en 2017. Un œsophage humain (et les intestins) déplace les aliments le long du système via le péristaltisme: une série de contractions musculaires circulaires qui se propagent le long des organes tubulaires.

Les chambres pneumatiques du SBPP sont intégrées dans le corps tubulaire de la paroi intérieure du conduit, selon Tauber et Fitzgerald. Ainsi, lorsque ces chambres se dilatent, le diamètre intérieur est réduit, un peu comme un œsophage humain (ou des intestins). Il est donc possible de créer une onde de contraction péristaltique artificielle qui se déplace dans une direction le long de l’organe robotique mou. Inverser la direction de ces contractions permettrait à Vision de vomir n’importe quel aliment ou liquide en cas, par exemple, d’intoxication alimentaire.

Des estomacs artificiels ont également été développés. Les auteurs citent un simulateur gastrique humain construit en 2015 comme un candidat potentiel, d’autant plus qu’il a été conçu pour imiter et étudier la digestion et le transport des aliments. Le simulateur se compose d’une chambre cylindrique en latex avec des parois qui peuvent être contractées par des rouleaux, imitant l’activité de la paroi de l’estomac humain pendant la digestion. Autre estomac artificiel (SoGut) utilise un ensemble de chambres à air circulaires pour générer des contractions.  La combinaison des deux technologies « pourrait ne pas permettre à Vision de sentir des papillons dans son estomac, mais permettrait certainement à Vision de traiter et de digérer chimiquement [food]», ont écrit les auteurs.

Pour les intestins, il pourrait être possible d’assembler plusieurs systèmes SBPP, bien que « la géométrie tubulaire interne devrait être adaptée pour correspondre à la structure interne des intestins », selon Tauber et Fitzgerald. Alternativement, on peut utiliser le Appareil de simulation d’endoscopie modulaire (MESA) développé par des scientifiques de l’Université du Colorado pour la formation en endoscopie, qui a déjà une géométrie de tube intérieur en forme de pli.

En ce qui concerne la simulation du microbiome intestinal, les dispositifs microfludiques d’organes sur puce sont capables d’imiter les conditions du tube digestif humain, « hébergeant des tissus vivants et une flore microbienne sur des matériaux non vivants, ce qui est essentiel au fonctionnement d’une paroi intestinale artificielle », ont écrit les auteurs. Enfin, Vision aurait besoin d’un rectum artificiel pour dissiper les déchets. Encore une fois, le SBPP pourrait être utilisé, cette fois comme sortie intestinale artificielle, car il peut simuler les pressions nécessaires au fonctionnement d’un sphincter.

Ce ne sont là que les composants les plus élémentaires; le système digestif humain est extrêmement complexe. Il faudrait un réseau micrifluidique dans les parois intestinales pour assurer l’absorption et le transport des nutriments. Cela devrait à son tour être connecté à un système de circulation sanguine artificielle, ce qui semble actuellement manquer à Vision. Qu’en est-il des sucs digestifs, ou des récepteurs et capteurs chimiques et mécaniques, afin que Vision puisse ressentir la faim? Il n’est pas clair non plus si un système digestif artificiel fournirait suffisamment d’énergie pour les fonctions corporelles de base de Vision, sans parler de ses capacités de super-héros.

Même les composants robotiques souples décrits ci-dessus sont trop grands pour tenir à l’intérieur du corps de Vision et devraient être miniaturisés. Donc, alors que nous avons un plan plausible pour un jour être en mesure de construire un système digestif artificiel entièrement fonctionnel pour Vision, nous n’avons pas encore cette capacité.

Bilans de santé des super-héros

Retour en octobre, nous avons signalé sur une étude ironique des risques pour la santé exposés dans les 25 films de James Bond: à savoir, les agents infectieux au cours de ses voyages à travers le monde, couvrant tout, des agents pathogènes d’origine alimentaire aux tiques et aux acariens, en passant par la gueule de bois et la déshydratation de tous ces martinis, parasites et rapports sexuels non protégés. Dans le même esprit, un groupe de chercheurs australiens a décidé d’examiner les avantages et les risques pour la santé des Avengers. L’hypothèse sous-jacente est que tous les super-héros vieilliront, à quelques exceptions près – comme Thor, un vrai dieu nordique qui a vécu pendant des millénaires – et les facteurs qui influencent si un humain ordinaire reste en bonne santé à mesure que l’on vieillit s’appliquent également à eux.

Naturellement, cela nécessitait de regarder les 24 films Marvel sortis entre 2008 et 2021, en commençant par l’original. Iron Man et se terminant par Veuve noire. Cinq Avengers spécifiques ont été choisis pour l’étude – Iron Man, Hulk, Black Widow, Black Panther et Spider-Man – « parce qu’ils sont bien connus, démontrent des caractéristiques notables, sont raisonnablement diversifiés et sont représentatifs de la population plus large des super-héros, en ce qui concerne l’âge, le sexe, l’ethnicité et les super-pouvoirs », ont écrit les auteurs.

Du côté positif, les super-héros sont connus pour s’engager régulièrement dans une activité physique et de l’exercice souvent intenses, ce qui est bénéfique pour le vieillissement en bonne santé. D’autres attributs positifs incluent la résilience psychologique, un sens du but, un « degré élevé de cohésion sociale et de connectivité » et un « état d’esprit positif ou optimiste ».

Un seul des cinq fume ou boit (Tony Stark / Iron Man), et Black Panther est végétarien. La richesse, l’intelligence et l’éducation de Tony et T’Challa sont également des facteurs bénéfiques. Les facteurs qui nuisent à nos super-héros sont l’exposition à des bruits forts (y compris les collisions interplanétaires et les explosions), la pollution de l’air et les blessures subies au cours de toutes ces activités intenses de lutte contre le crime.

Peter Parker / Spider-Man est le plus jeune des cinq, et bien qu’être orphelin à un jeune âge puisse causer des problèmes physiques et émotionnels, sa relation nourricière avec tante May et les modèles masculins positifs qu’il a trouvés grâce aux Avengers (en particulier Tony Stark) atténueraient cela. Il a une force, une flexibilité et une agilité araignées, ce qui réduit son risque de tomber dans la vieillesse. Mais rester éveillé toute la nuit pour lutter contre la criminalité dans le quartier signifie qu’il ne dort probablement pas suffisamment, ce qui pourrait avoir des impacts négatifs à mesure qu’il vieillit.

Natasha Romanoff / Black Widow a été abandonnée quand elle était enfant et formée comme assassin et espionne. Une enfance remplie de violence, de négligence et de conflits constants augmente son risque de maladies physiques et mentales plus tard dans la vie. Elle a également été stérilisée de force à un jeune âge, et pourrait donc développer l’ostéoporose et les maladies cardiovasculaires, sans parler de la démence et de la dépression.

Quant à Bruce Banner / Hulk, eh bien, il souffre déjà de tachycardie (c’est-à-dire une fréquence cardiaque de 200 battements par minute) chaque fois qu’il devient si furieux qu’il se transforme en Big Green Guy, il est donc vulnérable aux arythmies cardiaques. Cela augmente son risque d’accident vasculaire cérébral et de démence, d’autant plus que, de son propre aveu, « je suis toujours en colère ».

Les auteurs notent également l’indice de masse corporelle (IMC) élevé de Hulk d’environ 120, ce qui le place dans la gamme « obèse ». (L’IMC est défini comme le poids en kilogrammes divisé par le carré de la taille en mètres.) Mais nous nous sentons obligés de souligner que l’IMC est largement reconnu comme un métrique imparfaite et imparfaite pour évaluer les résultats futurs en matière de santé. Et les gros muscles bombés qui permettent à Hulk SMASH de se briser si efficacement ne sont pas les mêmes que de transporter beaucoup d’excès de graisse.

DOI: Superhero Science + Technology, 2021. 10.24413/SST.2021.2.5636 (À propos des DOI).

DOI: BMJ, 2021. 10.1136/bmj-2021-068001 (À propos des DOI).