Molti di noi sanno che i neuroni e le altre cellule del sistema nervoso usano l'elettricità per comunicare. Ma ciò che gli scienziati hanno imparato negli ultimi decenni è che tutte le cellule del corpo fanno questo, usando l'elettricità per "parlare" tra loro e prendere decisioni sulla crescita e lo sviluppo.
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Ora, i ricercatori della Tufts University hanno scoperto che la manipolazione della carica elettrica delle cellule può aumentare la capacità di un organismo di combattere le infezioni. Mentre la ricerca riguardava embrioni di girino, se il fenomeno fosse vero nell'uomo, potrebbe essere un nuovo modo di combattere le malattie. Ha anche il potenziale per condurre a nuovi modi di riparare le lesioni, anche, un giorno, aiutando a rigenerare le parti del corpo.
"La bioelettricità è una nuova straordinaria direzione in medicina che va ben oltre la semplice infezione", afferma Michael Levin, professore di biologia alla Tufts che ha guidato la ricerca.
Ogni cellula in un corpo vivente contiene una piccola carica elettrica, definita come la differenza tra gli atomi carichi su entrambi i lati della membrana della cellula. Levin, che ha studiato queste accuse per anni, ha ipotizzato che la depolarizzazione delle cellule, riducendo la differenza di carica tra l'interno e l'esterno della cellula, potesse aiutare un corpo a combattere le infezioni.
Nello studio, che è stato pubblicato oggi su npj Regenerative Medicine, i ricercatori hanno usato farmaci per depolarizzare le cellule degli embrioni di girino. Hanno quindi infettato gli embrioni con E. coli . Mentre il 50-70 percento dei girini normali infetti da E. coli è deceduto, solo il 32 percento dei girini con cellule depolarizzate è deceduto.
Ma i ricercatori dovevano ancora assicurarsi che i farmaci stessero effettivamente cambiando le cariche elettriche delle cellule dei girini, non solo uccidendo direttamente l' E. Coli . Quindi hanno iniettato cellule di girino con RNA messaggero (mRNA) codificato con informazioni per depolarizzare direttamente le cellule dei girini. Questo approccio ha funzionato in modo simile al trattamento farmacologico, suggerendo che è la depolarizzazione e non i farmaci che combattono le infezioni.
"L'effetto non era sui batteri, era sull'ospite", dice Levin.
Esistono due tipi di sistemi immunitari presenti in tutti i vertebrati, dai girini agli umani. C'è il sistema immunitario adattivo, che funziona essendo esposto a un agente patogeno specifico. Dopo aver ricevuto un vaccino, il sistema immunitario adattivo "ricorda" l'agente patogeno e può combattere contro di esso se viene nuovamente esposto. Lo stesso vale se sei esposto a un agente patogeno in natura, come se prendessi la varicella. Il sistema immunitario adattivo sa come combatterlo, quindi è molto meno probabile che lo catturi mai più. Ma il sistema immunitario adattivo funziona solo su agenti patogeni che riconosce, quindi non può aiutare se sei esposto a qualcosa di completamente nuovo. Poi c'è il sistema immunitario innato, che si sviluppa nei primi momenti come un uovo fecondato. Attacca qualsiasi agente patogeno usando speciali cellule del sangue e mediatori chimici.
La depolarizzazione funziona con il sistema immunitario innato, aiutandolo a far esplodere più forze, come i macrofagi (un tipo di globuli bianchi che combattono le infezioni), necessari per combattere le infezioni. Non è ancora chiaro perché funzioni, ma probabilmente ha qualcosa a che fare con la manipolazione dei percorsi utilizzati per comunicare con il sistema immunitario innato.
È anche noto che il sistema immunitario innato aiuta anche gli organismi a rigenerare e riparare i tessuti. Levin e il suo team sapevano che i girini che hanno la coda amputata mostrano depolarizzazione nelle loro cellule. Quindi, mettendo insieme gli indizi, si sono chiesti se i girini feriti sarebbero quindi in grado di combattere meglio l'infezione. Quindi amputarono le code dei girini e le infettarono con E. coli . Quei girini erano, infatti, più capaci di combattere l'infezione.
Questo girino non è stato infettato da E. coli. Ha un livello relativamente basso di leucociti che combattono le infezioni (in rosso). (Tufts) 
Questo girino è stato infettato da E. coli in seguito alla depolarizzazione delle sue cellule. Ha un livello relativamente alto di leucociti che combattono le infezioni (in rosso). (Tufts) Ma questa tecnica di manipolazione della bioelettricità funzionerà sull'uomo?
"La principale tecnologia che utilizziamo, che è quella di utilizzare farmaci e anche mRNA del canale ionico per depolarizzare quelle cellule, che possono essere utilizzate in qualsiasi creatura", afferma Levin. "In effetti l'abbiamo fatto in organismi tra cui cellule umane."
Alcuni dei farmaci che possono essere utilizzati per depolarizzare le cellule sono già approvati per l'uomo. Includono antiparassitari e farmaci per aritmie cardiache e convulsioni. Levin chiama questi farmaci "ionoceutici", poiché cambiano la polarizzazione della cellula.
Il team si sta muovendo su modelli di roditori. Se questo ha esito positivo, i test sull'uomo potrebbero essere in fondo alla strada.
Ma potrebbero esserci delle difficoltà nell'applicare un metodo che funziona sui girini embrionali a uno che funziona sugli animali non embrionali. I percorsi presenti durante lo sviluppo embrionale che consentono alle cellule di essere depolarizzate e di attivare il sistema immunitario potrebbero non essere presenti dopo la nascita.
"Se siamo in grado di reagirli o meno senza effetti negativi in sconosciuto", afferma Jean-François Paré, un ricercatore associato nel laboratorio di Levin e il primo autore del documento.
Oltre a studiare gli effetti della depolarizzazione sulle infezioni, il laboratorio di Levin esamina anche come la manipolazione della bioelettricità può aiutare a combattere il cancro, riparare i difetti alla nascita e persino rigenerare organi o arti. Il team ipotizza che sia possibile modificare il modo in cui le cellule comunicano elettricamente le loro decisioni in merito alla crescita e allo sviluppo, spingendole a "decidere" di ricrescere, diciamo, un dito perso.
"Stiamo lavorando per migliorare le capacità rigenerative", afferma Levin. “L'obiettivo finale è quello di essere in grado di rigenerare qualsiasi organo che è stato danneggiato. Sembra fantascienza, ma a un certo punto saremo in grado di far ricrescere queste cose. ”
