Secondo una ricerca dell’Università di Tokyo, le cellule viventi si raffreddano molto più lentamente di quanto la nostra attuale comprensione della conduzione del calore ci permetta di spiegare.
I ricercatori dell’Università di Tokyo hanno combinato due tecniche – la mappatura termica ad alta velocità e il riscaldamento artificiale – per studiare come il calore si disperde nelle cellule viventi e nei liposomi, piccole vescicole artificiali riempite di liquido e di dimensioni paragonabili a quelle cellulari.
I risultati hanno mostrato che, mentre il calore si diffonde rapidamente nei liposomi come previsto, all’interno delle cellule il raffreddamento avviene molto più lentamente a causa della presenza di numerose biomolecole che ne ostacolano la dispersione. Si parla di fenomeno del calore non propagante.
Comprendere i meccanismi responsabili di questa più lenta dissipazione del calore potrebbe aprire nuove prospettive per il trattamento di patologie associate alle alterazioni della temperatura corporea, tra cui epilessia, infiammazione e tumori.
Tendete ad avere una temperatura corporea elevata o siete sempre freschi e imperturbabili? La vostra temperatura corporea interna è il risultato di tutto il lavoro che le vostre cellule svolgono per mantenervi in vita, in movimento e in salute. Più recentemente, i ricercatori hanno scoperto che la produzione spontanea di calore nelle nostre cellule, che può variare anche di 1-2 gradi Celsius, sembra svolgere un ruolo importante nel guidare alcune attività e funzioni cellulari fondamentali, fra cui la trasformazione delle cellule staminali neurali in neuroni e la risposta allo shock termico, che protegge le cellule stressate dai danni.
Poiché le nostre cellule sono sacche composte principalmente da un fluido gelatinoso, è ragionevole pensare che il calore che generano si comporti secondo le leggi tipiche della fisica, valide per tutti i fluidi. Tuttavia, un articolo pubblicato nel 2012 ha fornito la prima mappa al mondo della distribuzione della temperatura all’interno di una cellula, insieme a una sorprendente rivelazione.
“I nostri risultati hanno evidenziato un’enorme discrepanza tra le ‘leggi della fisica’ e la ‘realtà della vita’ in termini di come cambia la temperatura all’interno di una cellula”, ha spiegato Kohki Okabe, professore associato del progetto presso la Graduate School of Pharmaceutical Sciences, coautore di quest’ultima ricerca e autore principale dell’articolo del 2012. “Ci siamo sentiti spinti a risolvere questa contraddizione e ora abbiamo scoperto che le cellule sono ambienti altamente specializzati che gestiscono il calore in un modo davvero unico.”
Il team ha utilizzato un microscopio ultrasensibile ad alta velocità per l’imaging della durata di vita della fluorescenza, insieme a un termometro personalizzato, per mappare in dettaglio le variazioni di temperatura in tempo reale. Dopo aver riscaldato una parte di una cellula con un laser a infrarossi, hanno monitorato il processo di raffreddamento con una precisione al millisecondo. Il team ha eseguito gli stessi test su sacche artificiali di fluido simili a cellule (liposomi). Hanno quindi confrontato le variazioni di temperatura all’interno delle cellule e dei liposomi con le loro previsioni basate sul modello.
Secondo le leggi della fisica convenzionale, il calore dovrebbe propagarsi (diffondersi) da un fluido molto rapidamente, come il team ha effettivamente osservato con i liposomi. Tuttavia, hanno scoperto che all’interno di una cellula il calore tendeva a “rimanere immobile”. La diffusione non solo era lenta, ma dipendeva anche dalla zona della cellula in cui veniva applicato il calore e dalle molecole circostanti. Dalle loro osservazioni, hanno concluso che la lenta velocità di variazione era una proprietà intrinseca delle cellule e non un effetto collaterale del metodo di ricerca.
“Il fenomeno del ‘calore non propagante‘ è talmente senza precedenti che non potevamo fare affidamento sui libri di testo esistenti per decifrare il meccanismo fisico alla base di ciò che abbiamo osservato. Il fenomeno del calore non propagante ribalta completamente la nostra comprensione convenzionale”, ha affermato Okabe.
I ricercatori intendono approfondire i meccanismi alla base di questo lento trasferimento di calore. “Crediamo che questo calore intrappolato non sia solo uno spreco; agisce come una fonte di energia concentrata che alimenta le funzioni cellulari“, ha spiegato Okabe. “Ridefinendo il calore come un ‘segnale attivo’ che le cellule utilizzano per autoregolarsi, anziché come un semplice sottoprodotto, speriamo di scoprire nuovi modi per comprendere la vita e sviluppare trattamenti medici innovativi”.
fonte: Università di Tokyo; foto: Variazioni di temperatura in una cellula dopo il riscaldamento, catturate tramite imaging a fluorescenza. Secondo le conoscenze convenzionali, ci si aspetterebbe che il calore si disperda quasi istantaneamente nelle aree circostanti, ma ciò non accade. ©K. Okabe et al. 2026 CC BY ND
