She is electric

L’acqua ha delle caratteristiche quasi magiche. Per esempio può separare il sale (cloruro di sodio, NaCl) nei due elementi che lo compongono: Sodio (Na) e Cloro (Cl). I due elementi sciolti mantengono una traccia del loro legame precedente, una vera e propria carica elettrica: Na+ e Cl (si parla di ioni sodio e cloro). Gli ioni si diffondono però in tutte le direzioni auto-equilibrandosi, quindi la carica elettrica di acqua e sale resta quasi zero.

Le nostre cellule scambiano ioni con il liquido che le circonda (il liquido interstiziale) tramite apposite pompe posizionate sulla loro membrana e può succedere che gli ioni dentro la cellula non siano all’equilibrio con quelli fuori. In questo caso si crea un potenziale elettrico sulla membrana plasmatica. 

Ioni sodio (Na+) e cloro (Cl-) abbondano fuori dalla cellula, mentre si trovano più ioni potassio (K+) dentro la cellula. A netto di tutte le cariche elettriche, il lato interno della membrana plasmatica è carico negativamente e quello esterno è carico positivamente. La differenza di cariche (il potenziale di membrana) in una cellula a riposo è intorno ai -70 millivolt (mV).

Nel nostro corpo, i neuroni mantengono un potenziale di -70 mV (millivolt) che gli permette di trasmettere messaggi velocissimamente sotto forma di stimoli elettrici. 

Il potenziale elettrico però esiste in tutte le cellule del nostro corpo. Addirittura tessuti come gli epitèli, strati di cellule unite tra di loro a formare una barriera, possono filtrare selettivamente degli ioni generando un potenziale elettrico da una parte all’altra dell’epitelio. 

Gli ioni ai due lati di un epitelio non sono all’equilibrio. C’è quindi un potenziale elettrico.
Quando ci tagliamo, gli ioni che prima erano tenuti separati dall’epitelio si mescolano e, per diffusione, si auto-bilanciano. Intorno alla ferita il potenziale elettrico diventa quindi zero!

Gli Scienziatimatti di oggi si sono chiesti se il potenziale elettrico dei tessuti potesse servire per rimarginare le ferite.

Facendo un buco in un epitelio (per esempio la pelle) gli ioni si diffonderebbero quasi istantaneamente in ugual misura ai due lati del tessuto, eliminando così il potenziale elettrico nei dintorni del buco e creando della corrente elettrica orientata verso il buco. E se la corrente elettrica guidasse le cellule verso la ferita?

Usando un pesce come modello (Danio rerio), gli Scienziatimatti hanno visto che le cellule della pelle rispondevano ad un taglio orientando i filamenti di actina (l’equivalente cellulare di muscoli e tendini) verso la ferita e muovendosi nella direzione giusta.

Questa è la pelle del pesce vista dall’alto. Nella parte fuori dallo schermo a destra viene fatto un taglio e vediamo che immediatamente le cellule orientano l’actina (in bianco) e si spostano in massa verso la ferita (da Kennard et al. 2020).

In seguito ad un taglio però, oltre alla creazione della corrente elettrica, succede anche un’altra cosa: l’acqua si sposta per osmosi là dove ci sono più sostanze da diluire (ogni tipo di sostanza disciolta, ioni o altre sostanze non elettricamente cariche) col risultato che le cellule vicino alla ferita finiscono per gonfiarsi d’acqua.

Per verificare se le cellule si muovessero in risposta all’elettricità o al gonfiore indotto dall’osmosi, i ricercatori hanno usato un trucco chimico-fisico: l’acqua isotonica. Sciogliendo in acqua sostanze senza carica elettrica come degli zuccheri si può impedire il movimento per osmosi dell’acqua senza senza toccare l’elettricità. Facendo dei taglietti sulla pelle di pesci immersi in acqua isosmotica i ricercatori hanno visto che le cellule rispondevano ancora al taglio.

Usando invece acqua e sale (NaCl, quindi ioni Na+ e Cl, carichi elettricamente) si elimina artificialmente il potenziale elettrico sulla pelle del pesce. In questo caso le cellule non si muovevano più verso la ferita!

Aggiungendo dello zucchero, gli Scienziatimatti hanno eliminato il movimento dell’acqua per osmosi, ma hanno mantenuto il campo elettrico perché gli zuccheri contano come sostanze disciolte, ma non hanno carica elettrica (secondo pannello).
Aggiungendo invece sale (NaCl), i ricercatori hanno fatto fuori sia il capo elettrico che il movimento dell’acqua per osmosi (terzo e ultimo pannello).
Nel grafico a destra vediamo la velocità delle cellule nelle varie condizioni. Sono state testate anche le cellule in condizione «iposmotica», dove il movimento per osmosi viene ingigantito. In questo caso le cellule si muovono molto più velocemente rispetto al normale. Vediamo invece che soltanto nel caso della soluzione isosmotica con sale (NaCl) le cellule sono ferme come nell’epitelio sano (Immagine riadattata da Kennard et al. 2020).

Prova finale: facendo passare della corrente tra due elettrodi impiantati nella pelle del pesce, le cellule cominciavano a muoversi anche senza che ci fosse una ferita! Per di più, generando una corrente nella direzione opposta ad una ferita, le cellule che si stavano spostando verso la ferita facevano dietrofront!

Quando il cerchio (che ci dice dove è stato messo l’elettrodo) diventa blu, significa che i ricercatori hanno acceso il circuito per far passare la corrente. Vediamo le cellule che si muovono subito verso il catodo, l’elettrodo con carica negativa (da Kennard et al. 2020).

Possibile che l’elettrostimolazione possa in futuro aiutare a rimarginare le ferite? 

Grazie agli Scienziatimatti elettricisti che ci illuminano la via!


Qui il link alla ricerca originale: https://elifesciences.org/articles/62386

2 pensieri su “She is electric

  1. Spettacolare come sempre, e come tutto ciò che riguarda quello straordinario gioiello che è il nostro corpo (sì, anche uno vecchio e in disfacimento come il mio).
    Domanda a margine: quando toccando una persona si prende la scossa, che cosa succede esattamente?

    "Mi piace"

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