Le nostre cellule generano elettricità, nessuno si aspettava la facessero proprio così: ecco come fanno
Le cellule viventi sembrano generare elettricità da movimenti microscopici, rivelando una funzione nascosta della loro struttura più fragile.
Siamo abituati a pensare alla membrana cellulare come a un confine selettivo, una barriera semipermeabile che protegge il contenuto della cellula e regola i flussi con l’ambiente esterno. Un involucro dinamico, certo, ma senza un ruolo diretto nella produzione di segnali elettrici.
Eppure, la realtà molecolare potrebbe essere molto più ricca e sorprendente di quanto finora ipotizzato. Nel mondo biologico, i segnali elettrici sono sempre stati attribuiti a processi altamente organizzati, come l’attivazione dei canali ionici nei neuroni o il pompaggio di cariche da parte di proteine specializzate.
L’idea che semplici fluttuazioni fisiche, prodotte spontaneamente nella membrana, potessero generare tensioni paragonabili a quelle neuronali, sembrava fuori dal campo delle ipotesi fondate.
E invece, un nuovo modello teorico sviluppato dal team di Pradeep Sharma mostra che anche nel silenzio apparente delle cellule non eccitabili si può produrre elettricità. Non attraverso impulsi volontari, ma grazie alla danza incessante delle molecole che popolano le membrane, e alle forze meccaniche che da queste interazioni emergono.
Una membrana viva e sensibile
Il cuore della scoperta sta in un fenomeno fisico noto come flexoelettricità. Quando una struttura sottile e flessibile come la membrana cellulare si deforma, piegandosi fuori dal suo piano, può generare una differenza di potenziale elettrico. È una proprietà già nota in certi materiali sintetici, ma qui viene applicata per la prima volta a un contesto biologico, con implicazioni che si estendono dal metabolismo cellulare fino alla neurobiologia.
Secondo il modello, i movimenti sono generati da processi come l’idrolisi dell’ATP: ogni volta che una proteina si attiva o cambia conformazione, trasmette una forza meccanica alla membrana. Queste perturbazioni, amplificate dalla struttura stessa del doppio strato lipidico, producono fluttuazioni che si traducono in picchi di tensione elettrica, fino a 90 millivolt, con durate dell’ordine del millisecondo.
Impulsi interni e trasporto attivo
Una delle conseguenze più rilevanti del modello riguarda il trasporto ionico. In condizioni normali, gli ioni si muovono lungo i gradienti elettrochimici, favoriti dalla differenza di concentrazione tra l’interno e l’esterno della cellula. Ma i ricercatori mostrano che, grazie a queste fluttuazioni attive, è possibile spingere ioni anche controcorrente, cioè verso aree già ricche dello stesso tipo di carica. Questo implica che le cellule potrebbero disporre di una forma di energia interna, fisica e continua, capace di alimentare movimenti ionici senza il bisogno di pompe specializzate.
Un meccanismo che risulterebbe utile non solo per singole cellule, ma anche per spiegare fenomeni più ampi, come la propagazione di segnali elettrici nei tessuti o l’emergere di comportamenti collettivi nei sistemi multicellulari. La possibilità che il movimento microscopico delle membrane contribuisca alla generazione di segnali elettrici apre scenari nuovi anche per l’ingegneria dei materiali. Dispositivi ispirati a queste proprietà potrebbero imitare i tessuti viventi, creando circuiti intelligenti e adattivi basati non sulla rigidità del silicio, ma sulla flessibilità organica della vita stessa.