Nuestras células pueden literalmente vibrar con electricidad, actuando como una fuente de energía oculta que podría ayudar a transportar materiales o incluso desempeñar un papel en la comunicación de nuestro cuerpo.
Investigadores de la Universidad de Houston y la Universidad de Rutgers en EE.UU. sugieren que pequeñas ondas en las membranas grasas que rodean nuestras células podrían generar suficiente voltaje para servir como fuente directa de energía para algunos procesos biológicos.
Las fluctuaciones en sí ya han sido ampliamente estudiadas y se sabe que están impulsadas por la actividad de las proteínas incrustadas y la degradación del trifosfato de adenosina (ATP), el principal medio de transporte de energía a través de las células.
El nuevo estudio proporciona apoyo teórico a la posibilidad de que los aleteos de las membranas sean lo suficientemente fuertes y estructurados como para crear una carga eléctrica que las células puedan utilizar para algunas tareas importantes.
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“Las células no son sistemas pasivos: están impulsadas por procesos activos internos, como la actividad de las proteínas y el consumo de ATP”, escriben los investigadores en su artículo publicado.
“Demostramos que estas fluctuaciones activas, cuando se combinan con la propiedad electromecánica universal de la flexoelectricidad, pueden generar voltajes transmembrana e incluso impulsar el transporte de iones”.
La clave para comprender el nuevo modelo es el concepto de flexoelectricidad, que esencialmente describe los medios por los cuales se puede producir un voltaje entre puntos de deformación contrastantes en un material.
Las membranas se doblan constantemente como resultado del calor que fluctúa aleatoriamente a través de la célula. En teoría, cualquier voltaje producido de esta manera debería anularse en ambientes en equilibrio, volviéndolos inútiles como fuente de energía.
Los investigadores razonaron que las células no están en estricto equilibrio, y la actividad dentro de la célula se agita para mantenernos vivos. Para saber si sería suficiente convertir una membrana lipídica en un motor se requirieron algunas formulaciones detalladas.
Según los cálculos realizados por los investigadores, la flexoelectricidad podría crear una diferencia eléctrica entre el interior y el exterior de la célula: hasta 90 milivoltios, carga suficiente para hacer que una neurona se active.
El voltaje producido podría ayudar en el movimiento de iones, los átomos cargados que están controlados por el flujo de electricidad y productos químicos.
Las fluctuaciones de las membranas pueden ser suficientes para influir en operaciones biológicas como el movimiento muscular y las señales sensoriales. El equipo estimó que las cargas emergen en una escala de milisegundos, adaptándose al momento de las señales que se propagan a través de las células nerviosas.
“Nuestros resultados revelan que la actividad puede amplificar significativamente el voltaje transmembrana y la polarización, lo que sugiere un mecanismo físico para la recolección de energía y el transporte dirigido de iones en las células vivas”, escriben los investigadores.
Los hallazgos también podrían extenderse a grupos de células, lo que ayudaría a explicar cómo se pueden coordinar las membranas celulares para generar efectos y tejidos a mayor escala. Estudios futuros ahora podrán probar que todo esto funciona como se espera dentro del cuerpo.
Estos hallazgos podrían tener implicaciones más allá de los tejidos vivos: los investigadores plantean la idea de utilizar estas mismas técnicas de producción de electricidad para informar el diseño de redes de inteligencia artificial y materiales sintéticos basados en la naturaleza.
“La investigación de la dinámica electromecánica en redes neuronales puede unir la flexoelectricidad molecular y el procesamiento de información compleja, con implicaciones tanto para comprender la función cerebral como para descubrir materiales computacionales bioinspirados”, escriben los investigadores.
La investigación ha sido publicada en PNAS Nexus.