Uno zainetto stampato in 3D per la ricerca sottomarina
Mentre i pesci nuotano indisturbati i ricercatori possono studiare la loro attività elettrica, che in molte specie è legata a capacità di rigenerazione come quella delle lucertole
WHAAAT? Il venerdì casual della scienza – Potremmo definirlo uno zainetto per i pesci stampato in 3D, ma quello che si sono inventati Graciela Unguez e i suoi colleghi è una vera e propria nuova opportunità per la ricerca sottomarina. Si tratta di un sistema di stimolazione in grado di aiutare i ricercatori a studiare l’attività elettrica nei vertebrati acquatici, specialmente nelle specie in cui l’elettricità va in coppia con la rigenerazione dei tessuti.
Il device è stato presentato in Italia quest’estate all’incontro della IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, dopo due anni di collaborazione tra la New Mexico State University e il College of Arts and Science che hanno fatto incontrare l’ingegneria con le neuroscienze.
Lo “zainetto” che viene indossato dai pesci viene stampato grazie a una stampante 3D e contiene un circuito sul quale si basa la stimolazione, una batteria che può durare più di 100 giorni e un sistema di controllo in remoto. “La stimulazione è una semplice onda quadra”, spiega Wei Tang della MSNU, “e ne possiamo controllare l’ampiezza e la frequenza di ripetizione. Speriamo che molte persone della comunità scientifica vedano lo strumento come un’opportunità per fare ricerca sottomarina. Ci sono così tante specie animali là fuori, specie che non siamo ancora riusciti a studiare e che potrebbero aumentare le nostre conoscenze”.
Inizialmente lo zainetto era stato progettato per far fare un passo in avanti alla ricerca di Unguez sulla specie Sternopygus macrurus, un pesce noto anche come longtail knifefish per via della sua lunga coda. Diffusa in Africa e Sudamerica, questa specie è dotata di un tessuto molto particolare chiamato anche “organo elettrico”, che genera un campo elettrico intorno al suo corpo. In base alle conoscenze di cui siamo in possesso, sarebbe proprio questo campo elettrico a permettere al pesce di rigenerarsi o ricreare le cellule perdute, i tessuti, gli organi; un po’ come fanno le lucertole dopo aver perduto la coda per autotomia, anche S. macrurus la può rigenerare completamente. Per questa specie e molte altre, poter generare elettricità ha anche altri scopi, per esempio la navigazione, la comunicazione con i loro simili, la ricerca di prede e la ricerca di un partner riproduttivo. Noi parliamo, loro usano l’elettricità.
Le cellule che formano questi tessuti elettrici così particolari si sviluppano a partire dai muscoli scheletrici del pesce: tramite elettrodi e lo zainetto tecnologico, Unguez è riuscita a modificare l’attività elettrica di S. macrurus e a iniziare a studiare gli effetti di ogni cambiamento sulle sue capacità di rigenerazione.
Per arrivare a questo risultato Unguez è passata attraverso una serie di tentativi, usando elettrodi sempre attaccati ai pesci ma connessi a device al di fuori della vasca (che si staccavano nel giro di tre-quattro giorni). Grazie allo zainetto è invece possibile ricorrere alla stimolazione per via remota, comodamente fuori dalla vasca, mentre il pesce nuota indisturbato. “Questo ci permette non solo di studiare la rigenerazione, ma anche di cambiare le proprietà dei muscoli scheletrici e dei tessuti elettrici”, spiega Unguez. “Il loro senso dell’elettricità è altamente specializzato e complesso per quanto riguarda le capacità cognitive”.
Se questa capacità sia da ricercare in particolari caratteristiche genetiche è ancora un mistero, ma né Unguez né i colleghi hanno trovato nei geni di S. macrurus qualcosa che lo facesse pensare. “Una domanda ideale potrebbe essere: è possibile per un essere umano convertire alcuni dei muscoli in un organo elettrico, o in un tipo di cellula del tutto nuova che oggi non possediamo? Credo la risposta sia sì e che si tratti semplicemente di attività elettrica che porta alle cellule segnali diversi. Dicendo loro cosa fare, cosa non fare, che forma assumere e via dicendo”, commenta la ricercatrice, che in futuro vuole isolare i tessuti elettrici e studiarli in vitro, per osservarli nell’ambiente controllato di una piastra Petri e dimostrare la possibilità di replicare i processi che nei pesci avvengono internamente anche in un contesto esterno.
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Crediti immagine: Darren Phillips
