Interacţiunea dintre stimulii acustici şi procesele celulare a devenit un domeniu emergent de interes ştiinţific. O echipă de cercetători japonezi de la Universitatea Kyoto a descoperit că undele sonore pot influenţa comportamentul celular, inclusiv procesul de formare a celulelor adipoase. Expunerea la frecvenţe acustice a condus, în condiţii de laborator, la inhibarea maturizării celulelor adipoase şi la reducerea acumulării de grăsime.
Descoperirea sugerează potenţialul utilizării stimulării acustice ca instrument non-invaziv în controlul proceselor metabolice şi regenerative, scrie News.ro.
Corpul uman poartă conversaţii pe care nu le putem auzi. La nivel celular, undele sonore generează reacţii fizice care ar putea transforma modul în care este gestionată greutatea corporală, au constatat oamenii de ştiinţă.
Există o senzaţie pe care o resimţim în apropierea unui zgomot foarte puternic, cum ar fi lângă un avion care decolează sau un sistem de boxe la un concert: un sunet atât de intens, încât îl percepem în tot corpul. În astfel de momente, nu doar creierul şi urechile percep sunetul, ci şi celulele din organism, a constatat echipa de la Universitatea Kyoto.
Cercetătorii au descoperit că vibraţiile acustice, chiar şi cele obişnuite, pot împiedica în mod semnificativ dezvoltarea celulelor adipoase, un proces comparabil cu diminuarea capacităţii de stocare a grăsimii la nivel celular.
Cercetătorii au demonstrat că o acţiune aparent banală, precum redarea unei note muzicale în apropierea unor celule cultivate în laborator, poate declanşa modificări biologice remarcabile la nivel celular. Specialiştii sugerează că celulele „simt” sunetul prin vibraţii mecanice.
Rezultatele studiului, publicate în 16 aprilie în revista Communications Biology, arată că expunerea continuă la sunete a redus formarea celulelor adipoase cu aproximativ 15%.
Această descoperire oferă noi perspective pentru dezvoltarea unor strategii terapeutice inovatoare în controlul metabolismului şi regenerarea ţesuturilor cu leziuni, în contextul în care devine tot mai evident că sunetele ambientale – de la muzică la zgomotele urbane – pot influenţa procese biologice subtile.
Pornind de la cercetări anterioare din 2018, echipa a fost inspirată de progresele din domeniul mecanobiologiei (ramura biologiei care studiază interacţiunile mecanice în celule) şi al propagării sunetului prin ţesuturile din corp, aşa-numitul „mediu acustic intern”, care sugerează că presiunea acustică generată de sunet ar putea fi suficientă pentru a induce răspunsuri celulare.
„Pentru a investiga efectul sunetului asupra activităţilor celulare, am conceput un sistem care să expună celulele cultivate la unde acustice”, explică autorul principal al studiului, Masahiro Kumeta.
Echipa a montat mai întâi, cu faţa în jos, pe un raft, un dispozitiv de generare a vibraţiilor. Apoi, folosind un player audio digital conectat la un amplificator, cercetătorii au transmis semnale sonore prin dispozitiv către o diafragmă ataşată unui vas de cultură celulară.
Această configuraţie a asigurat expunerea celulelor la un nivel de presiune acustică similar cu cel experimentat în mod natural în mediul intern al organismului.
În urma acestui experiment, cercetătorii au analizat efectele sunetului asupra celulelor utilizând secvenţiere ARN, microscopie şi alte metode ştiinţifice de cercetare. Rezultatele au evidenţiat răspunsuri celulare clare la stimularea acustică în intervalele de frecvenţă percepute de urechea umană.
În mod particular, echipa a remarcat un efect semnificativ al sunetului în inhibarea diferenţierii adipocitelor – procesul prin care celulele pre-adipocite se transformă în celule mature grase – evidenţiind astfel posibilitatea de a utiliza vibraţiile acustice pentru a controla comportamentul celular şi starea ţesuturilor.
Cum comunică undele sonore cu celulele
De-a lungul anilor, cercetătorii au studiat modul în care celulele răspund la forţe mecanice precum compresia sau tensiunea. Însă reacţiile la undele sonore, care generează vibraţii foarte fine şi frecvente, au fost explorate abia recent.
Echipa care a condus studiul a construit un sistem special pentru a transmite sunete direct în medii de cultură celulară care conţineau celule musculare de şoarece.
Ei au generat semnalele acustice prin intermediul unei suprafeţe dintr-un plastic special, care a generat trei tipuri de sunete: un ton de 440 Hz (nota „La” de la pian), un ton înalt de 14 kHz (aproape de limita superioară a auzului uman) şi zgomot alb (similar cu interferenţele statice).
Presiunea acustică folosită a fost de aproximativ 100 pascali, similară cu ceea ce ar putea resimţi celulele în profunzimea corpului uman în condiţii normale.
După doar două ore de expunere la sunet, 42 de gene şi-au modificat activitatea. După 24 de ore, acest număr a crescut la 145. Unele gene au răspuns rapid, revenind apoi la nivelul iniţial, în timp ce altele au rămas modificate pentru perioade mai lungi de timp.
Cercetătorii au descoperit că undele sonore activează structuri specializate prin care celulele stabilesc contactul şi comunicarea cu mediul înconjurător. Când aceste structuri detectează vibraţiile sonore, declanşează o proteină numită kinază de adeziune focală (FAK), care porneşte o cascadă de reacţii în interiorul celulei.
Acestea includ activarea genei Ptgs2 (Cox-2), responsabilă de producerea unei substanţe asemănătoare hormonilor – PGE2, implicată în inflamaţie şi alte funcţii celulare.
Efectul sunetului asupra celulelor adipoase
Când cercetătorii au expus celule adipoase în curs de maturizare la unde sonore, în primele trei zile de dezvoltare, s-a observat o reducere semnificativă a numărului de celule mature formate. În plus, cele care au ajuns la maturitate au acumulat mai puţină grăsime (lipide).
Acest efect a fost prezent atât în cazul expunerii timp de trei zile continuu, cât şi în cel al expunerii intermitente (două ore pe zi, timp de trei zile).
Ipoteza autorilor este că undele sonore pot “păcăli” celulele să se comporte ca şi cum s-ar afla într-un microambient cu rigiditate crescută.
Studii anterioare au arătat că celulele adipoase se dezvoltă mai greu pe suprafeţe dure decât pe cele moi. Vibraţiile ar putea „păcăli” celulele să creadă că se află într-un mediu mai rigid, inhibând, astfel, procesul de maturizare.
Reacţii variate în funcţie de sunet şi densitatea celulară
Răspunsul celulelor a variat în funcţie de frecvenţa, intensitatea şi forma undei sonore. Atât sunetele joase, cât şi cele înalte au produs un efect, dar nu întotdeauna în aceeaşi direcţie.
Chiar şi modificarea formei undei – de la una sinusoidală la forme triunghiulare sau pătrate – a schimbat modul în care celulele au reacţionat.
Densitatea celulară s-a dovedit a fi un factor semnificativ: celulele cultivate în aglomerări dense au răspuns diferit faţă de cele cultivate izolat, chiar şi atunci când au fost expuse la acelaşi tip de sunet.
Deşi cercetarea se află într-un stadiu incipient, ea deschide noi perspective fascinante despre cum sunetele din jurul nostru – de la zumzetul frigiderului până la muzica din căşti sau zgomotul maşinilor – pot produce modificări fizice la nivel celular în organism.
Această descoperire ar putea, în viitor, să conducă la noi terapii pentru vindecarea rănilor sau reglarea metabolismului, dar cercetătorii au subliniat că sunt necesare cercetări suplimentare pentru a valida aceste efecte în organisme vii.
„Având în vedere că sunetul este imaterial, stimularea acustică reprezintă un instrument neinvaziv, sigur şi cu efect imediat, care ar putea aduce beneficii semnificative în medicină şi îngrijirea sănătăţii”, notează autorii.
Studiul are unele limitări. Astfel, cercetătorii nu au putut separa complet efectele undelor sonore de cele ale microcurenţilor pe care acestea îi generează în lichidul din jurul celulelor, deşi comparaţiile între diferite frecvenţe sugerează că principalele efecte au fost determinate de undele sonore şi nu de mişcarea fluidului.
În plus, studiul a fost realizat exclusiv pe culturi celulare, nu pe organisme vii, unde propagarea sunetului este mult mai complexă. De asemenea, nu este încă clar de ce frecvenţe sonore diferite generează răspunsuri celulare variabile.
Editor : A.P.
