O estudo foi conduzido por Pradeep Sharma e sua equipe, que desenvolveram um modelo matemático para investigar como forças físicas dentro das células interagem com atividades biológicas. O foco da pesquisa é como o movimento em nível molecular pode ser traduzido em sinais elétricos através da membrana.

Atividade Molecular Que Provoca Movimento em Membranas

Dentro de cada célula, proteínas estão constantemente mudando de forma, interagindo com outras moléculas e realizando reações químicas. Um processo significativo é a hidrólise de ATP, por meio do qual as células quebram o trifosfato de adenosina para liberar energia. Essas reações biológicas ativas não ocorrem de forma silenciosa. Elas exertam forças sobre a membrana celular, causando curvaturas, ondulações e flutuações.

O modelo revela que esses movimentos contínuos da membrana podem desencadear um fenômeno conhecido como flexoeletricidade. A flexoeletricidade ocorre quando a deformação ou curvatura de um material produz uma resposta elétrica. Neste caso, a deformação da membrana celular pode gerar uma diferença elétrica entre o interior e o exterior da célula.

Níveis de Voltagem Semelhantes aos Sinais Nervosos

De acordo com a nova estrutura, as voltagens elétricas formadas na membrana podem ser surpreendentemente elevadas. Em algumas situações, podem atingir até 90 milivolts. Esse nível é notável porque se assemelha às variações de voltagem observadas em neurônios quando estes disparam sinais elétricos.

Além disso, a temporização das mudanças de voltagem coincide com o que ocorre no sistema nervoso. As oscilações de voltagem podem acontecer em milissegundos, o que se alinha de perto ao formato e à velocidade das curvas típicas de potenciais de ação em neurônios. Isso sugere que os mesmos princípios físicos podem estar envolvidos na comunicação entre as células nervosas.

Movimento de Íons Contra Gradientes Naturais

A teoria avança ainda mais ao prever que essas voltagens geradas pela membrana poderiam mover ativamente íons. Íons são átomos carregados eletricamente que as células utilizam para transmitir sinais e manter o equilíbrio. Normalmente, os íons se deslocam ao longo de gradientes electroquímicos, movendo-se de áreas de alta concentração para áreas de baixa concentração.

O novo modelo sugere que as flutuações ativas da membrana poderiam empurrar íons na direção oposta, trabalhando contra esses gradientes. Os pesquisadores conectam esse comportamento a propriedades específicas da membrana, incluindo sua elasticidade e como ela responde a campos elétricos. Essas características ajudam a determinar qual direção os íons se movem e que tipo de carga eles carregam.

De Células Únicas a Tecidos e Novos Materiais

Olhando para o futuro, os autores sugerem que essa abordagem poderia ser ampliada para grupos de células. Ao aplicar os mesmos princípios a conjuntos de células, os cientistas poderiam investigar como a atividade coordenada da membrana resulta em padrões elétricos em maior escala através dos tecidos.

Os pesquisadores afirmam que esse mecanismo oferece uma base física para compreender a percepção sensorial, a ativação neuronal e até mesmo como células vivas podem coletar energia internamente. Isso também pode ajudar a conectar a neurociência ao desenvolvimento de materiais bioinspirados e fisicamente inteligentes, proporcionando novas maneiras de projetar sistemas que imitam o comportamento elétrico de tecidos vivos.