Bambini, tosaerba, aerei, treni, automobili: quasi tutto fa rumore. E se due scienziati californiani hanno ragione, anche le cellule viventi fanno altrettanto. In recenti esperimenti usando la scienza di frontiera della nanotecnologia, i ricercatori hanno trovato prove che le cellule di lievito emettono un tipo di cigolio mentre le cellule di mammifero possono emetterne un altro. La ricerca, sebbene ancora preliminare, è potenzialmente "rivoluzionaria", come afferma uno scienziato, e una possibile applicazione medica, certamente lontana, è già perseguita: un giorno, il pensiero va, ascoltando i suoni emessi dalle cellule potrebbero dire un medico, prima che si manifestino i sintomi, che tu sia sano o che stai per ammalarsi.
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Il fondatore dello studio dei suoni cellulari, o "sonocitologia", come lo chiama lui, è Jim Gimzewski, un chimico UCLA di 52 anni che ha contribuito alla mostra di un museo d'arte sulla struttura molecolare. L'idea dei suoni cellulari gli è venuta in mente nel 2001 dopo che un ricercatore medico gli ha detto che quando le cellule cardiache viventi sono poste in una capsula di Petri con nutrienti adeguati, le cellule continueranno a pulsare. Gimzewski iniziò a chiedersi se tutte le cellule potessero battere e, in tal caso, vibrazioni così minuscole produrrebbero un suono rilevabile. Dopotutto, ragionò, il suono è semplicemente il risultato di una forza che spinge le molecole, creando un'onda di pressione che si diffonde e si registra quando colpisce il timpano. Ha anche pensato che sebbene un rumore generato da una cella non fosse udibile, potrebbe essere rilevato da uno strumento particolarmente sensibile.
Gimzewski è adatto per affrontare la questione, essendo sia un esperto di strumentazione - ha costruito i propri microscopi - sia comodamente a casa nel mondo dell'infinitesimale. Leader nella nanotecnologia, o nella scienza della manipolazione di singoli atomi e molecole per costruire macchine microscopiche, Gimzewski ha precedentemente lavorato presso il laboratorio di ricerca IBM a Zurigo, in Svizzera, dove insieme ai suoi colleghi ha costruito un'elica molecolare rotante da 1, 5 nanometri o 0, 0000015 millimetri di diametro. Costruirono anche l'abaco più piccolo del mondo, che aveva, come perline, singole molecole con diametro inferiore a un singolo nanometro. Se non altro, i talenti, che hanno riscosso un notevole successo, hanno dimostrato che la promessa tanto sostenuta della nanotecnologia aveva una base nella realtà.
Per la sua prima incursione nella sonocitologia, Gimzewski ha ottenuto cellule di lievito da colleghi di biochimica dell'UCLA. (Ha "ottenuto un aspetto", ricorda, quando ha spiegato perché voleva le cellule.) Lavorando con il dottorando Andrew Pelling, Gimzewski ha escogitato un modo per testare il rumore cellulare con uno strumento di nanotecnologia chiamato microscopio a forza atomica (AFM). Di solito, un AFM crea un'immagine visiva di una cellula passando la sua minuscola sonda, di per sé così piccola che la sua punta è microscopica, sulla superficie della cellula, misurando ogni rilievo e incavo della sua membrana esterna. Un computer converte i dati in un'immagine. Ma i ricercatori dell'UCLA hanno tenuto la minuscola sonda dell'AFM in una posizione fissa, appoggiandola leggermente sulla superficie di una membrana cellulare "come un ago da registrazione", dice Pelling, per rilevare eventuali vibrazioni che generano il suono.
La coppia ha scoperto che la parete cellulare si alza e si abbassa di tre nanometri (circa 15 atomi di carbonio sovrapposti l'uno sull'altro) e vibra in media 1.000 volte al secondo. La distanza che la parete cellulare si muove determina l'ampiezza o il volume dell'onda sonora e la velocità del movimento su e giù è la sua frequenza o il tono. Sebbene il volume del suono delle cellule di lievito fosse troppo basso per essere ascoltato, Gimzewski afferma che la sua frequenza era teoricamente compresa nell'intervallo dell'udito umano. "Quindi tutto ciò che stiamo facendo è alzare il volume", aggiunge.
Gimzewski (in possesso di un modello di molecola di carbonio nel suo laboratorio dell'UCLA) utilizza un microscopio a forza atomica per "ascoltare" le cellule viventi. (Debra DiPaolo) La frequenza delle cellule di lievito che i ricercatori hanno testato è sempre stata nella stessa gamma alta, "circa un acuto da C a D sopra la C centrale in termini di musica", dice Pelling. Spruzzare l'alcool su una cellula di lievito per ucciderlo aumenta il tono, mentre le cellule morte emettono un suono basso e rimbombante che secondo Gimzewski è probabilmente il risultato di moti atomici casuali. La coppia ha anche scoperto che le cellule di lievito con mutazioni genetiche producono un suono leggermente diverso rispetto alle normali cellule di lievito; tale intuizione ha incoraggiato la speranza che la tecnica potesse eventualmente essere applicata alla diagnosi di malattie come il cancro, che si ritiene abbia origine da cambiamenti nella composizione genetica delle cellule. I ricercatori hanno iniziato a testare diversi tipi di cellule di mammiferi, comprese le cellule ossee, che hanno un tono inferiore rispetto alle cellule di lievito. I ricercatori non sanno perché.
Pochi scienziati sono a conoscenza del lavoro di sonocitologia di Gimzewski e Pelling, che non è stato pubblicato nella letteratura scientifica e esaminato. (I ricercatori hanno presentato i loro risultati a una rivista peer-review per la pubblicazione.) Il passaparola ha suscitato scetticismo e ammirazione. Uno scienziato che ha familiarità con la ricerca, Hermann Gaub, cattedra di fisica applicata presso l'Università Ludwig Maximilian di Monaco, in Germania, afferma che i suoni che Gimzewski ritiene che le vibrazioni cellulari possano avere altre origini. "Se la fonte di questa vibrazione fosse trovata all'interno della cellula, questo sarebbe rivoluzionario, spettacolare e incredibilmente importante", afferma Gaub. "Vi sono, tuttavia, molte potenziali fonti [sonore] al di fuori della cellula che devono essere escluse." Pelling è d'accordo e afferma che lui e Gimzewski stanno facendo dei test per escludere la possibilità che altre molecole nel fluido che bagnano le cellule, o persino la punta del microscopio stesso, stiano generando vibrazioni che la loro sonda rileva.
Ratnesh Lal, neuroscienziato e biofisico dell'Università della California a Santa Barbara, che ha studiato le pulsazioni delle cellule cardiache mantenute vive in un piatto, afferma che la competenza in nanotecnologia di Gimzewski potrebbe essere la chiave per stabilire se le cellule producono suono. "L'ultima speranza è quella di utilizzare questo nella diagnostica e nella prevenzione", afferma Lal, aggiungendo: "Se c'è qualcuno al mondo che può farlo, può farlo".
Gimzewski riconosce che occorre lavorare di più. Nel frattempo, i risultati hanno attirato l'attenzione del suo collega dell'UCLA Michael Teitell, un patologo specializzato in tumori del linfocita, un tipo di globuli bianchi. Sta sottoponendo le cellule muscolari umane e del topo e le cellule ossee a farmaci e sostanze chimiche per indurre cambiamenti genetici e fisici; Gimzewski tenterà quindi di "ascoltare" le cellule alterate e di distinguerle per i loro suoni.
Teitell afferma che il pensiero di rilevare il cancro nelle sue prime fasi cellulari è eccitante, ma resta da vedere (o sentire) se la tecnologia funzionerà come strumento diagnostico. Non vuole sopravvalutare l'idea: "Si potrebbe scoprire che tutti questi segnali saranno un tale miscuglio che non saremo in grado di identificare chiaramente l'uno dall'altro".
Gimzewski spera che il lavoro abbia un'applicazione pratica, ma è elettrizzato tanto dalla caccia quanto dalla pesca. "Qualunque sia il risultato", dice, "sono principalmente guidato dalla curiosità e dall'eccitazione per il fenomeno del movimento cellulare: ciò che ha ispirato la natura a creare un tale meccanismo e a capire davvero in profondità cosa significano questi meravigliosi suoni". La sola possibilità che abbia scoperto una nuova caratteristica delle cellule, con tutte le domande intriganti che solleva, è, dice, "già più che sufficiente di un dono".
