Le cellule con udito musicale rilasciano insulina

L'organismo delle persone affette da diabete non produce insulina o ne produce troppo poca. I diabetici dipendono quindi da una fornitura esterna della sostanza messaggera tramite siringa o pompa. I ricercatori guidati da Martin Fussenegger del Dipartimento biosistemi e ingegneria dell'ETH di Zurigo a Basilea vogliono rendere la vita più facile a queste persone e stanno cercando soluzioni per produrre e somministrare l'insulina direttamente nel corpo.

Gli scienziati stanno perseguendo l'idea di racchiudere le cellule di design che producono insulina in capsule che possono essere impiantate nel corpo. Per poter controllare esternamente quando e quanta sostanza messaggera le cellule rilasciano nel sangue, negli ultimi anni i ricercatori hanno studiato e applicato diversi fattori scatenanti: Luce, temperatura o campi elettrici.

Fussenegger e i suoi collaboratori hanno ora sviluppato un altro metodo di stimolazione innovativo: utilizzano la musica per innescare il rilascio di insulina da parte delle cellule in pochi minuti. Questo metodo funziona particolarmente bene con "We will rock you", un successo mondiale del gruppo rock britannico Queen.

Equipaggiare le cellule per la ricezione delle onde sonore

Per rendere le cellule produttrici di insulina ricettive alle onde sonore, i ricercatori hanno utilizzato una proteina proveniente dal batterio Escherichia coli. Queste proteine reagiscono a stimoli meccanici e sono diffuse nel regno animale e nei batteri. La proteina si trova naturalmente nella membrana del batterio e regola l'afflusso di ioni calcio all'interno della cellula. I ricercatori hanno incorporato l'impronta di questo canale ionico batterico in cellule umane produttrici di insulina. Ciò consente loro di produrre autonomamente il canale ionico e di incorporarlo nella loro membrana.

Come gli scienziati hanno potuto dimostrare, il canale di queste cellule si apre in risposta al suono, facendo affluire nella cellula ioni di calcio con carica positiva. Questo porta a un'inversione di carica nella membrana cellulare. Di conseguenza, le minuscole vescicole piene di insulina all'interno della cellula si fondono con la membrana cellulare e rilasciano l'insulina all'esterno.

Il ronzio dei bassi aumenta il rilascio di insulina

Nelle colture cellulari, i ricercatori hanno innanzitutto determinato quali frequenze e volumi attivano maggiormente i canali ionici. ? emerso che i volumi di circa 60 decibel (dB) e le frequenze basse di 50 Hertz erano i più efficaci nell'attivare i canali ionici. Per massimizzare il rilascio di insulina, il suono o la musica dovevano durare almeno tre secondi e fare una pausa di massimo cinque secondi. Pause troppo lunghe tra gli intervalli sonori hanno ridotto notevolmente il rilascio di insulina.

Infine, i ricercatori hanno esaminato se e quali generi musicali suscitassero la risposta insulinica più forte a un volume di 85 dB. La musica rock con bassi rimbombanti come la canzone dei Queen "We will rock you" è risultata in testa, seguita dalla colonna sonora del film d'azione "Avengers". La risposta insulinica alla musica classica o alla musica per chitarra, invece, non ha avuto quasi alcun peso.

"We will rock you" ha innescato circa il 70% del rilascio di insulina entro cinque minuti, e tutto entro 15 minuti. Questo dato è paragonabile alla risposta naturale all'insulina generata dal glucosio nelle persone sane, spiega Fussenegger.

La fonte del suono deve essere situata direttamente sopra l'impianto

Per testare il sistema complessivo, i ricercatori hanno impiantato le cellule produttrici di insulina nei topi e hanno posizionato gli animali con lo stomaco direttamente su un altoparlante. Questo è stato l'unico modo in cui i ricercatori hanno potuto osservare una risposta all'insulina. Tuttavia, se gli animali potevano muoversi liberamente in una "discoteca per topi", la musica non era in grado di innescare il rilascio di insulina.

"Le nostre cellule di design rilasciano l'insulina solo quando la fonte sonora con il suono giusto viene riprodotta direttamente sulla pelle di Chi siamo", sottolinea l'ETH. Il rilascio della sostanza messaggera non è stato innescato da rumori ambientali come quelli degli aerei, dei tosaerba, delle sirene dei pompieri o delle conversazioni.

Nessun innesco dal rumore ambientale

Per quanto ha potuto giudicare dai test su colture cellulari e su topi, un giorno non ci sarà quasi alcun rischio per gli esseri umani che le cellule impiantate secernano costantemente insulina al minimo rumore.

Un'altra riserva di sicurezza è rappresentata dal fatto che i depositi di insulina vengono completamente riforniti solo dopo quattro ore dall'esaurimento. Le cellule potrebbero quindi non rilasciare ogni volta un carico completo di insulina - anche se venissero sonicate ogni ora - e quindi causare un'ipoglicemia pericolosa per la vita. "Tuttavia, potrebbero coprire il fabbisogno tipico di un paziente diabetico che mangia tre pasti al giorno", spiega l'ETH. L'insulina rimane nelle vescicole per molto tempo, anche se una persona non mangia per più di quattro ore. "Non c'è né degradazione né rilascio involontario".

Tuttavia, l'applicazione clinica è ancora lontana. I ricercatori hanno solo fornito una prova di concetto che le reti genetiche possono essere controllate anche da stimoli meccanici come le onde sonore. Il suo utilizzo dipenderà dalla possibilità che un'azienda farmaceutica sia interessata a questo principio. Il sistema funziona non solo con l'insulina, ma in principio con qualsiasi proteina che possa essere utilizzata a scopo terapeutico.