As células usam ‘bioeletricidade’ para cooperar e tomar decisões em grupo

• Foi revelado o processo pelo qual células do tecido epitelial expulsam células anormais por meio de sinais elétricos
• Mudanças no potencial de membrana atuam como ponto de partida da extrusão celular (extrusion), identificando células fracas ou com falta de energia
• Células saudáveis restauram o desequilíbrio de potencial, mas células danificadas não conseguem mantê-lo e acabam encolhendo e sendo empurradas para fora do tecido
• Esse fluxo bioelétrico desempenha papel central na manutenção da saúde dos tecidos e na regulação do crescimento
• Os pesquisadores destacam que a bioeletricidade é um mecanismo fundamental de troca de informações em tecidos vivos muito além do sistema nervoso

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Bioeletricidade e comunicação entre células

• Pesquisas recentes confirmaram que tecidos epiteliais usam sinais elétricos para expulsar células anormais
  • Esse processo é importante para manter a saúde do tecido e prevenir doenças como câncer e asma
  • O fluxo elétrico funciona como uma espécie de “checagem de saúde” das células
• Quanto mais densamente agrupadas as células, maior a corrente através da membrana celular, e células mais fracas falham em manter o potencial
  • Nesse momento, a água sai da célula, ela encolhe e depois é removida do tecido
• O pesquisador GuangJun Zhang avalia essa descoberta como um exemplo de que sinais bioelétricos são centrais para a tomada de decisão no nível celular

Princípios básicos da bioeletricidade

• Todas as células consomem energia para manter o potencial de membrana (membrane potential)
  • Trata-se da diferença de potencial gerada pela diferença de concentração de íons nos dois lados da membrana celular, uma forma de armazenamento de energia elétrica
• Por meio de canais iônicos e bombas, a célula regula o movimento de cargas e, com isso, gera sinais elétricos
• Neurônios usam esse potencial para provocar liberação de neurotransmissores e picos de potencial, transmitindo informação
  • Contração muscular e batimentos cardíacos também começam com esses sinais elétricos

Mecanismo de extrusão elétrica em células epiteliais

• O tecido epitelial usa cerca de 25% da energia para manter o potencial de membrana
• A equipe de pesquisa de Jody Rosenblatt observou o fenômeno em que, quando há superlotação celular, algumas células encolhem e são empurradas para fora do tecido
  • A mudança de potencial é o ponto de partida da extrusão, e os canais de potássio dependentes de voltagem têm papel central
• Células saudáveis acionam bombas para restaurar o potencial, mas células danificadas não conseguem mantê-lo e são expelidas após encolher
  • A pressão entre as células induz a mudança de potencial e, com isso, identifica o “elo fraco” entre elas

Universalidade evolutiva da bioeletricidade

• Segundo pesquisa de Gürol Süel, colônias bacterianas (biofilm) também usam sinais elétricos para coordenar cooperação e distribuição de recursos
  • Mudanças no potencial refletem imediatamente o estado celular e funcionam como um meio rápido de integração de informações
• A bioeletricidade foi identificada como um mecanismo de coordenação que reapareceu repetidamente ao longo da evolução
  • Ela é usada em comum por diversos seres vivos, como neurônios, células epiteliais e respostas táteis de plantas
• Pesquisas de Zhang, Levin e Barriga mostram que sinais elétricos também participam da direção do crescimento embrionário e da formação de formas

Possibilidades de expansão da pesquisa em bioeletricidade

• Células cancerosas têm potencial de membrana diferente do das células normais, e falhas na regulação elétrica podem estar relacionadas à formação de tumores
• A bioeletricidade atua como base de todos os sistemas de energia celular, incluindo a síntese de ATP
  • Algumas hipóteses sobre a origem da vida apontam o fluxo elétrico em fontes hidrotermais profundas como ponto de partida da vida
• Os pesquisadores afirmam que nem metade da bioeletricidade foi desvendada ainda e a apontam como uma das principais áreas de investigação futura nas ciências da vida

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Opiniões no Hacker News

• A entrevista com Michael Levin foi realmente fascinante. A partir de 1:19:11, dá para ver uma retrospectiva da pesquisa de bioeletricidade que ele vem conduzindo há anos, além de casos surpreendentes, como o experimento em que fizeram olhos surgirem em embriões de rã
  Assistir à entrevista
  • A parte retrospectiva do Levin foi especialmente marcante. A pesquisa dele está abalando a visão de desenvolvimento centrada nos genes. Os experimentos em que padrões elétricos ignoram instruções genéticas e fazem olhos se formarem fora do tecido ocular mostram uma outra camada da informação morfogenética que só agora estamos começando a entender
  • O vídeo também fala sobre os primeiros tempos do laboratório dele. A descoberta de “modelar” olhos com bioeletricidade foi uma inovação absurdamente revolucionária. Eu estava procurando pessoas para conversar sobre esse tema e acabei criando um servidor no Discord
    Link para participar
  • Aliás, vale muito a pena ouvir também a parte inicial sobre biologia. Sem isso, fica difícil entender bem o significado do que vem depois
• Depois de ler as pesquisas de Michael Levin, fiquei convencido de que a atividade bioelétrica é muito importante também fora dos neurônios. Este caso é simples, mas interessante. O processo em que as células empurram umas às outras e identificam a célula mais fraca parece quase um mecanismo de cooperação e exclusão dentro de uma comunidade
• Um estudo de 2023 diz que usaram corrente elétrica externa para acelerar a cicatrização de feridas. Foi especialmente eficaz em casos difíceis de curar, como feridas diabéticas
  Link do estudo
• Acho que a matéria da Quanta Magazine está um pouco exagerada. O estudo real mostra que, quando as células ficam densamente agrupadas, o potencial de membrana muda, e células com pouca energia se contraem, enviam sinais aos vizinhos e acabam se expulsando. Ou seja, não se trata de uma “tomada de decisão coletiva” entre células, mas de uma reação físico-química no nível de cada célula individual
  • Nesse caso, quando uma substância química faz um flagelo mudar de direção, isso pode ser chamado de “decisão”? No fim, é uma questão de definição de decisão. Mecanismos de coordenação semelhantes também aparecem na divisão celular (mitose)
  • Explicação correta
• Robert O. Becker também tratou desse tema em The Body Electric (1985). Fico feliz em ver que pesquisas recentes parecem continuar essa linha
• Mesmo na escala celular, a eletricidade é central. A maioria das biomoléculas está na fronteira entre condutores e isolantes, e seu estado muda conforme ligações químicas ou alterações de pH. A interação elétrica entre grupos de células é um nível de abstração acima disso
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• Será que esse tipo de pesquisa pode ter relação com os fenômenos observados em pessoas que se sentem sensíveis à radiação não ionizante?
  • Um conhecido meu passou muito tempo achando que o problema eram ondas eletromagnéticas, mas no fim descobriram que era uma condição genética chamada hemocromatose (hemochromatosis). Resolveu com doações regulares de sangue
  • Eu realmente sou sensível a campos eletromagnéticos. Eles provocam insônia, pesadelos e piora de transtornos de humor. Canais iônicos controlados por voltagem estão ligados a transtornos de humor, e isso pode ser uma via de resposta a EMF
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  • No fim das contas, está sendo projetada energia, então é natural que isso possa afetar o equilíbrio químico. Pode até ser um efeito simples, como aumento de temperatura
• Fiquei surpreso ao saber que as células usam 25% da energia para manter o potencial de membrana
• Do ponto de vista do público em geral, é interessante ver casos em que efeitos de longa distância aparecem fora dos neurônios. A matéria recente da Quanta sobre astrócitos também vai numa linha parecida
  Link da matéria
• Já se sabe há muito tempo que alguns reflexos acontecem sem decisão consciente. Como tirar a mão ao tocar em algo quente. Essas respostas também usam sinais elétricos, então fiquei curioso sobre o que há de novo nesta pesquisa
  • Não se trata do estímulo elétrico que move músculos, mas de um mecanismo em que o estado de saúde da célula é transmitido como sinal, fazendo com que células envelhecidas ou doentes sejam expulsas do tecido
  • Isso se chama Withdrawal reflex. A “decisão” acontece no nível da medula espinhal. Dá para pensar no cérebro como uma grande extensão da medula. Ganglion também é uma boa referência