Cercetătorii au descoperit o comunicare prin „impulsuri electrice” în celulele epiteliale, considerate anterior mute, deschizând calea pentru aplicaţiile biomedicale. Senzorii purtabili, dispozitivele implantabile şi vindecarea mai rapidă a rănilor ar putea beneficia de această descoperire.
O echipă de la Universitatea Amherst, din Massachusetts (UMass), a descoperit că celulele epiteliale comunică prin semnale electrice lente, o abilitate necunoscută anterior. Studiul lor arată că aceste celule „ţipă” către vecinele lor atunci când sunt rănite, transmiţând semnale prin fluxuri de ioni de calciu. Această descoperire ar putea duce la progrese în senzorii bioelectrici şi în procesul de vindecare a rănilor.
Mult timp, cercetătorii au crezut că doar celulele nervoase şi cele cardiace folosesc impulsuri electrice pentru comunicare, în timp ce celulele epiteliale, care formează căptuşeala pielii, a organelor şi a cavităţilor corpului, erau considerate bariere pasive, responsabile doar de absorbţie şi secreţie. Însă acum, cercetătorii de la Universitatea Amherst au răsturnat această presupunere, demonstrând că celulele epiteliale comunică, de fapt, prin semnale electrice lente.
Studiul lor a fost publicat pe 17 martie, în revista Proceedings of the National Academy of Sciences - PNAS. Descoperirile ar putea duce la progrese în dezvoltarea senzorilor bioelectrici purtabili, în vindecarea rănilor şi în alte aplicaţii biomedicale.
„Celulele epiteliale fac lucruri la care nimeni nu s-a gândit să se uite”, spune Steve Granick, profesor de Ştiinţa Polimerilor şi Inginerie la UMass. „Când sunt rănite, ele ‘ţipă’ către vecinele lor, lent, persistent şi pe distanţe surprinzătoare. Este ca un impuls nervos, dar de 1.000 de ori mai lent”, a explicat cercetătorul.
Abordarea echipei sale, bazată pe curiozitate şi îmbinând ştiinţa polimerilor cu biologia, a scos la iveală acest mecanism necunoscut de semnalizare celulară.
Observarea comunicării celulare în acţiune
Pentru a „spiona” această conversaţie celulară, cercetătorii de la laboratorul Amherst UMass au rănit celulele cu ajutorul unui laser. Ei au folosit un cip acoperit cu celule epiteliale, dotat cu 60 de electrozi poziţionaţi cu precizie, capabili să detecteze mici schimbări electrice. Sun-Min Yu, un expert în culturi celulare, a crescut un strat unic de celule epiteliale umane pe cip, care a înregistrat aceste schimbări.
Utilizând un laser de mare precizie pentru a produce modele de „înţepături” pe celule individuale, cercetătorii au urmărit cum semnalele se propagau spre exterior. „Am monitorizat cum celulele îşi coordonau răspunsul”, explică Yu. „Este un dialog intens, desfăşurat cu încetinitorul", spune el.
Spre deosebire de descărcările rapide ale neurotransmiţătorilor celulelor nervoase, celulele epiteliale se bazează pe fluxuri ionice – în special de calciu – pentru a produce semnale electrice mult mai lente, dar cu tensiuni similare. Aceste semnale pot dura mult timp. Cercetătorii au observat celule care „vorbeau” timp de peste cinci ore şi pe distanţe de aproape 40 de ori mai mari decât lungimea proprie.
Deşi echipa a demonstrat că ionii de calciu sunt esenţiali pentru comunicarea epitelială, încă nu au testat alţi factori care ar putea contribui la acest proces. Deocamdată, aplicaţiile imediate ale descoperirii lor rămân incerte, dar implicaţiile sunt vaste.
„Senzorii purtabili, dispozitivele implantabile şi vindecarea mai rapidă a rănilor ar putea beneficia de această descoperire”, subliniază prof. Granick. „Înţelegerea acestor ‘ţipete’ dintre celulele rănite deschide uşi despre care nici nu ştiam că există”, adaugă Yu.
