03 Jul Las vibraciones acústicas, ¿afectan a los cultivos celulares?

La investigación sobre los efectos del sonido y la música en las células es un campo en expansión. Existen muchos estudios en células auditivas y comienzan a proliferar también en células no auditivas. La ciencia multidisciplinar que estudia el comportamiento de las células, tejidos y órganos bajo los efectos de la bioquímica, biología celular y estímulos externos, como por ejemplo las vibraciones acústicas reproducidas a través de altavoces, se denomina mecanobiología.

Se sabe que las células poseen diferentes medios para detectar los cambios mecánicos (las ondas acústicas se denominan también ondas mecánicas) en su entorno inmediato, que incluyen canales iónicos mecanosensibles, mecanosensores de membrana y proteínas mecanosensibles dentro de las células (Yang et al., 2015). Curiosamente, algunos estudios muestran que no solo pueden detectar estímulos mecánicos, sino que también generan señales mecánicas por sí mismas. Por ejemplo, las células bacterianas pueden generar ondas sonoras entre 8 y 43 kHz (Matsuhashi et al., 1998), y también se han observado vibraciones mecánicas de células de levadura (Pelling, 2004) y células madre (Ventura et al., 2017).

En los estudios revisados por Kwak et al. (2022), de la universidad de Oslo (Noruega), realizados en cultivos de bacterias/levaduras y en células de mamíferos, se observa el uso de diferentes tipos de ondas sonoras (tonos, ondas cuadrada, voz humana, música, …), con distintos anchos de banda y niveles de potencia acústica. En general, se utilizó una amplia gama de frecuencias de sonido (aproximadamente entre 20 y 10.000 Hz) con una potencia sonora de 90 dB.

Como resultados, se informa de aumentos de la migración celular, de su proliferación, de la formación de colonias y de la regulación positiva de ciertos genes y proteínas, así como de la disminución de la migración de células cancerosas y la inducción de la apoptosis en estas. Se indica que las células de mamíferos mostraron, en general, una mayor dependencia de la frecuencia que las células bacterianas. Por ejemplo, una frecuencia de 100 Hz indujo un aumento de la migración celular en células humanas, pero frecuencias más altas (por encima de 1600 Hz) indujeron el efecto opuesto en la migración celular (Mohammed et al., 2016). Además, un tono sinusoidal de 440 Hz indujo un aumento de la expresión del gen (Ptgs2, CTGF, TNC) en células de ratón (ST2), mientras que 55, 110 y 4000 Hz mostraron un efecto menor o similar (Kumeta et al., 2018).

Los investigadores que revisaron estos estudios concluyen que aunque se observan efectos en microorganismos y células de mamíferos por estímulos sonoros, las correlaciones son complejas, entre otros, por las diferencias considerables en las configuraciones y protocolos de los experimentos que hacen difícil una correcta comparativa y, deducir, por tanto un patrón causal. Dado que cada experimento tenía una línea celular específica y una configuración, no fue posible obtener una conclusión genérica.

Otro interesante estudio es el publicado por Matsuhashi y sus colaboradores de diversas universidades de Japón (1998), con relación a sus resultados de los experimentos con células bacterianas, en particular, con Bacillus carboniphilus y Bacillus subtilis.

En resumen, los estímulos con ondas senoidales puras en las frecuencias de 6-10 kHz, 18-22 kHz y 28-38 kHz promovieron la formación de colonias en el cultivo de Bacillus carboniphilus. Por otra parte, el cultivo de Bacillus subtilis generó ondas sonoras de frecuencias entre 8 y 43 kHz, con picos en 8,5 kHz, 19 kHz  29 kHz y 37 kHz. La similitud entre estas frecuencias generadas y las que indujeron una respuesta en B. carboniphilus sugieren que las ondas sonoras funcionan como una señal reguladora de crecimiento entre ellas.

Los autores informan que se desconocen los mecanismos involucrados en la producción y percepción de ondas sonoras en las frecuencias específicas. Las células emiten y perciben sonidos en longitudes de onda que exceden el tamaño de la célula y los sonidos, citan, pueden ser generados por mecanismos repetidos de expansión y contracción.

El estudio e investigación de los efectos del sonido y la música en las células (animales y vegetales) es un apasionante tema, no de futuro sino actual, pues ya es objeto de investigación en numerosos centros y universidades de todo el mundo. Muchos de sus resultados, sin embargo, no son publicados. Quizás por prudencia o a la espera de poder llegar a conclusiones más rigurosas.