Flexoelettricità: Movimento Cellulare Genera Corrente Elettrica, Conferma la Ricerca

La comunità scientifica ha formalmente convalidato un meccanismo fisico fondamentale attraverso il quale il movimento impercettibile sulle membrane delle cellule viventi genera una corrente elettrica, un fenomeno denominato flexoelettricità. Questa rivelazione sposta il paradigma della funzione di membrana oltre le sole spiegazioni chimiche o puramente elettriche, aprendo nuove prospettive sulla comunicazione e sulle interazioni a livello cellulare. La ricerca, guidata dal Professor Pradeep Sharma e dai suoi collaboratori, è stata formalizzata in una pubblicazione del dicembre 2025 sulla rivista accademica PNAS Nexus, evidenziando l'intersezione cruciale tra biofisica e biologia cellulare.

La flexoelettricità descrive un accoppiamento diretto e bidirezionale tra gradienti di deformazione e polarizzazione, un principio universalmente presente in tutti i dielettrici che offre un ponte lineare tra forze meccaniche e segnali elettrici in sistemi suscettibili alla flessione, come le membrane biologiche. Il modello matematico sviluppato dal team di Sharma, che include Pratik Khandagale e Liping Liu, stabilisce un collegamento diretto tra l'attività biologica interna e i principi fisici di base, superando la necessità di strutture specializzate come i nervi per generare segnali elettrici. I processi molecolari attivi, come l'idrolisi dell'ATP, esercitano forze fluttuanti sulla membrana, inducendo effetti elettrici misurabili tramite l'accoppiamento flexoelettrico.

I dati quantitativi emersi dalla ricerca sono significativi: le tensioni generate possono raggiungere fino a 90 millivolt, valori paragonabili alle variazioni di potenziale osservate nella segnalazione neuronale. Inoltre, la tempistica di queste fluttuazioni di voltaggio si verifica su scale temporali di millisecondi, allineandosi strettamente con le curve tipiche del potenziale d'azione osservate nelle cellule nervose. Il Professor Sharma, Professore Distinto Hugh Roy e Lillie Cranz Cullen e Presidente del Dipartimento di Ingegneria Meccanica presso l'Università di Houston, ha precedentemente esplorato il ruolo della flexoelettricità in campi quali la progettazione di materiali multifunzionali morbidi.

Una delle implicazioni teoriche più rilevanti del quadro di riferimento è la sua capacità di spiegare il trasporto ionico contro i gradienti elettrochimici. Il modello suggerisce che le fluttuazioni meccaniche attive, derivanti dal rumore amplificato dall'idrolisi dell'ATP, possano generare una forza in grado di spingere gli ioni attraverso la membrana, potenzialmente anche in direzione opposta al loro normale flusso di gradiente. Questo meccanismo offre una base fisica per comprendere come le cellule possano effettuare un lavoro utile, come il pompaggio ionico, sfruttando l'energia meccanica intrinseca.

Le potenziali applicazioni di questa scoperta nel 2026 spaziano dalla comprensione dei processi sensoriali e dell'innesco neuronale fino all'ingegneria dei materiali. Gli autori ipotizzano che questo quadro possa estendersi alle assemblee multicellulari per esaminare come le fluttuazioni attive guidino i fenomeni bioelettrici collettivi a livello tissutale. Il meccanismo potrebbe inoltre fornire il fondamento per lo sviluppo di materiali bio-ispirati che imitino le proprietà elettriche dei sistemi viventi, un'area di interesse per la scienza dei materiali avanzata. La flexoelettricità è già stata collegata a funzioni biologiche essenziali, inclusa la contribuzione all'elettromobilità delle cellule ciliate nell'udito.