La bioelectricitat controla la forma i l'estructura dels teixits

Michael Levin és un investigador de la Tufts University que està estudiant el domini poc conegut dels senyals bioelèctrics. En les membranes de les cèl·lules hi ha proteïnes que envien ions de potassi, hidrogen, sodi i d’altres elements cap a dins o cap enfora de les cèl·lules. Algunes proteïnes actuen com a bombes que mouen els ions contra el seu gradient de concentració i altres, anomenades canals iònics, deixen passar, passivament, els ions, però es poden tancar o obrir d’acord a certs estímuls.  Com a resultat, cèl·lules que tenen els mateixos gens activats i les mateixes proteïnes en les seves membranes poden estar en diferents estat elèctrics. Els canals i les bombes, actuant conjuntament, estableixen un voltatge transmembrànic, Vmem,  que pot influir a altres cèl·lules o contribuir a gradients de voltatges en àrees més extenses.

Des del 1950 se sap que les cèl·lules dels teixits que ja no creixen tenen un voltatge transmembrànic relativament alt d’entre 50 i 90 mV. Per contra, les cèl·lules que es divideixen ràpidament com les embrionàries, les cèl·lules mare o les canceroses tenen, típicament, un Vmem de menys de 30 mV. Endemés,  s’havia ja observat que, alterant aquesta diferència de potencial de les cèl·lules in vitro,s’induïa les cèl·lules a dividir-se o aturava la seva divisió.

No obstant, es creia que alterar aquest potencial in vivo no funcionaria,  ja que, o bé seria fatal o els resultats serien ininterpretables. Levin va decidir tractar de experimentar sobre aquesta qüestió per la qual cosa necessitava noves eines. Per això va combinar uns tints fluorescents que responen a canvis de camps elèctrics locals i els va canviar usant les bombes i els canals iònics de manera genètica o farmacològica, amb RNA missatger o mitjançant biomolècules que alteren les proteïnes de les membranes.  Disposa sempre de més d’una manera de fer aquests canvis per assegurar-se de que els efectes no depenen de ions o substàncies específiques. 

Què han descobert Levin i els seus col·legues?

El que han vist és que els senyals bioelèctrics sovint provoquen una cadena d’esdeveniments molt més complexos que els propis senyals. Els capgrossos, per exemple, no poden regenerar parts del cos perdudes, una vegada passat un cert grau de desenvolupament.  Però quan Levin va baixar el potencial elèctric de les cèl·lules en el lloc de l’amputació de la cua o la cama, per exemple, aquestes extremitats dels capgrossos van tornar a créixer normalment.  Es sorprenent que amb un mètode tan simple, ja que el canvi en el voltatge no contenia cap informació sobre l’estructura dels nervis, muscles o dits de la cama, el capgròs regenerés l’extremitat.  Un dels objectius a llarg terme de la bioenginyeria és regenerar òrgans o parts del cos danyats per un accident o una malaltia.  Això es extremament difícil, però pot ser que, gràcies a la manipulació dels senyals elèctrics,  es pugui fer un salt sense que els bioenginyers entenguin a fons com s’assoleix l’objectiu.

Endemés, Levin ha descobert que, variant el potencial elèctric en altres parts, podia impedir que els ulls es desenvolupessin o, pel contrari, induir que es formessin en altres parts del cos de la granota sempre posant el Vmem al nivell específicament adequat pel desenvolupament dels ulls.  Experimentant amb certs cucs també van aconseguir induir-los dos caps o que no en tinguessin de cap,  ja que, en aquest cas dels cucs,  el gradient del potencial va del baix en el cap a l’alt a la cua.

Això pot tenir també aplicacions al càncer,  ja que les cèl·lules tumorals tenen un Vmem més baix que les cèl·lules normals.  Així s’ha vist que es poden convertir cèl·lules canceroses en normals pujant el Vmem i, al baixar-lo hi havien cèl·lules que es metastizaven i s’estenien pel cos tal i com ho fan les canceroses, encara que les cèl·lules sobre les que s’actuava estiguessin lluny de les cèl·lules que es metastizaven i que eren influïdes per una combinació de senyals químics i elèctrics.

Aquest sistema de senyals bioelèctrics encara és misteriós,  al mateix temps que ja ha demostrat ésser potent. Per Levin, que és informàtic de formació,  caldria estudiar un gran nombre de dades bioelèctriques de forma similar com s’ha estudiat en dates recents el genoma i el proteonoma, és a dir es tractaria de desxifrar el codi bioelèctric com s’ha anat desxifrant el genètic des dels temps del descobriment de Watson i Crick.  Levin sosté que la biologia no només està regida pels gens i les substàncies químiques, sinó per aquest nou nivell elèctric.