Carlo Ventura: Suoni e cellule. Una vibrazione mutante per la partitura della vita

| 4 Luglio 2014 | Comments (5)

 

 

Carlo Ventura è professore Ordinario di Biologia Molecolare, Scuola di Medicina, Università di Bologna. Direttore: VID, Visual Institute of Developmental Sciences, Bologna, Italy; Laboratory of Molecular Biology and Stem Cell Engineering, National Institute of Biostructures and Biosystems (NIBB), Italy.

 

Per decenni gli scienziati hanno utilizzato strumenti chimici per influenzare il comportamento cellulare. Anche in tempi moderni, la possibilità di governare la funzionalità cellulare a fini terapeutici è stata affidata principalmente alla chimica. Tuttavia, questo punto di vista, e l’idea che la terapia di molte malattie dell’uomo si debba basare essenzialmente su un armamentario chimico, sono ora profondamente in discussione. Abbiamo precedentemente dimostrato che le cellule staminali, che hanno la capacità di trasformarsi virtualmente in tutti i tipi di cellule di un individuo adulto, sono state trasformate in cellule miocardiche, le unità contrattili del cuore, quando esposte a campi magnetici di frequenza estremamente bassa (ELF-MF) (1,2). Più recentemente, abbiamo dimostrato che l’esposizione a campi radioelettrici, convogliati con un dispositivo innovativo chiamato “Radio Electric Asymmetric Conveyer (REAC)”, è in grado di trasformare sia cellule staminali embrionali murine che staminali umane adulte del grasso in cellule cardiache, nervose, muscolari scheletriche e vascolari (3,4) (Fig. 1).

 


Fig. 1. Campi radio elettrici e differenziamento di cellule staminali.

L’esposizione di cellule staminali umane del tessuto adiposo a campi radioelettrici convogliati con una apparecchiatura di nuova concezione, il Radio Electric Asymmetric Conveyer (REAC), induce l’espressione di markers caratteristici del differenziamento terminale in cellule miocardiche [-sarcomeric actinin (-actinin), myosin heavy chain (MHC)], neuronali [3-tubulin (tubulin)], muscolari scheletriche (myoD) ed endoteliali [von Willebrand Factor (vWF)]. Le cellule sono state esposte al REAC per 72 ore e poi coltivate senza alcun trattamento per ulteriori 7 giorni.

 

Inoltre, i campi radioelettrici così convogliati hanno agito come una sorta di “macchina del tempo” capace di “riprogrammare” cellule umane adulte non staminali, come i fibroblasti della pelle, in tipi cellulari in cui queste cellule non si sarebbero altrimenti trasformate, come elementi cardiovascolari, neuronali e muscolari (5) (Fig. 2).

 

Fig. 2. Riprogrammazione di fibroblasti umani cutanei in cellule miocardiche (MHC, -actinin), muscolari scheletriche (MyoD) e neuronali (Tubulin) mediante esposizione a campi radio elettrici convogliati con tecnologia REAC.

Le cellule sono state esposte al REAC per 72 ore e poi coltivate senza alcun trattamento per ulteriori 7 giorni. Per la leggenda dei markers di differenziamento vedi la Fig. 1.

 

Questi risultati dimostrano che il destino delle cellule staminali può essere notevolmente modulato da una energia fisica. In linea con questa concezione è la nostra scoperta che le cellule sono in grado di produrre vibrazioni acustiche. Infatti, abbiamo dimostrato e brevettato per la prima volta la capacità delle cellule di esprimere “firmevibrazionali” del loro stato di salute e della loro potenzialità differenziativa (6). Con l’aiuto di un microscopio a forza atomica (AFM), che è in grado di misurare le strutture e le proprietà delle cellule viventi a livello atomico, abbiamo scoperto che ogni cellula vivente produce un pattern di vibrazioni che cambia a seconda del compito che la cella sta eseguendo. “Sonocitologia” è il termine che abbiamo introdotto per identificare una nuova area di ricerca basata sul fatto che, dopo un accurato processo di amplificazione, le vibrazioni cellulari registrate con AFM possono essere trasformate in suoni udibili, fornendo una valutazione accurata delle proprietà funzionali della cella (6). Sulla base di questi risultati, stiamo lavorando all’ipotesi che l’applicazione di energia sonora possa governare il processo di differenziazione cellulare. In particolare, ci stiamo focalizzando sulla possibilità che suoni emessi a livello di organi del corpo umano possano racchiudere informazioni cruciali per regolare la funzionalità cellulare a livello molto sottile, molecolare, submolecolare, o anche quantistico. A questo proposito, stiamo collaborando con Milford Graves, celebre musicista Jazz, che ha registrato con un sistema molto sofisticato il suono del cuore umano, trasformandolo in segnali audio-elettrici, comprendenti sequenze definite di frequenze “coerenti” con i microritmi del cuore. In questo progetto, si studierà l’effetto di questi segnali sulla crescita e la differenziazione cellulare. Stiamo inoltre collaborando attivamente con Bruno Oddenino, che ha fondato la Scuola di Alto Perfezionamento Musicale di Saluzzo, ed è stato Presidente e Direttore artistico della Filarmonica di Torino, attualmente Professore Ordinario di Oboe presso il Conservatorio G. Verdi di Torino e leader nel campo della Musicoterapia. Con lui stiamo esplorando l’effetto prodotto dall’esposizione delle cellule staminali alla musica ed alla luce pulsata di frequenza e lunghezze d’onda selezionate.

In sintonia con questa linea di ricerca è il nostro studio in collaborazione con la Dottoressa Julia von Stietencron, Art Director del “Visual Institute of Developmental Sciences (VID)” di Bologna, mirato ad indagare gli effetti prodotti sul destino cellulare dall’azione interconnessa di suono/musica e colori emessi attraverso l’esposizione a campo luminoso di opere d’arte tessile. Insieme a questi Musicisti e Artisti, stiamo cercando di comprendere come la musica sia in grado di fornire informazioni alle cellule che gli Scienziati possano interpretare come dinamismo di significati del “mondo” interiore cellulare. Che la musica possa toccare il cuore del nostro essere è una scoperta antica quanto la coscienza umana. Platone intuì i poteri della musica in “Le leggi” e in altri Dialoghi, e non fu certo il primo. Shakespeare in alcune delle sue opere più toccanti mise in scena l’effetto consolatorio della musica sulle anime in difficoltà. I guaritori di molte epoche hanno cercato di sfruttare la musica per scopi terapeutici. Ma potrà mai la musica avere un posto fra la Medicina? Si sta manifestando la nuova prospettiva di vedere Artisti e Scienziati lavorare insieme guardando alle cellule come “attori” capaci di “parlare” o “gridare”, con la consapevolezza di come l’ascolto dei suoni emessi dalle cellule possa eventualmente modificare il modo in cui gli Scienziati pensano alle cellule stesse, come soggetti dinamici, situati nell’ambiente e capaci di “esperienza”.

Crediamo anche che queste collaborazioni, “unendo” Artisti e Scienziati, potranno ispirare le persone a pensare alle Arti ed alla Scienza, come già interconnesse e rilevanti per la nostra Società, facendo sbiadire la linea di demarcazione delle “due culture” (umanistica e scientifica), e contribuendo ad inaugurare una Cultura Nuova da tempo attesa – una cultura di pensatori creativi del mondo delle Arti e delle Scienze, che si uniscano per combinare le loro conoscenze e competenze per giungere ad innovazioni, collaborazioni e soprattutto allo sviluppo di nuovi paradigmi. Pensiamo anche che queste collaborazioni possano offrire una nuova “visione” per l’integrazione della Scienza in un “Territorio globale della cultura”, portando allo sviluppo di una nuova “Arte Sperimentale”, ispirata in modo autonomo dagli strumenti e dai percorsi della Scienza.

 

Bibliografia

1. Ventura C, Maioli M, Asara Y, Santoni D, Mesirca P, Remondini D, Bersani F. (2005) Turning      on stem cell cardiogenesis with extremely low frequency magnetic fields. FASEB J Jan;19(1):155-7.

2.Ventura C, Maioli M, Asara Y, Santoni D, Mesirca P, Remondini D, Bersani F. Turning on stem     cell cardiogenesis with extremely low frequency magnetic fields. FASEB J express article       10.1096/fj.04-2695fje. Published online October 26, 2004

3, Maioli M, Rinaldi S, Santaniello S, Castagna A, Pigliaru G, Gualini S, Fontani V, and Ventura C. Radio frequency energy loop primes cardiac, neuronal, and skeletal muscle differentiation in mouse embryonic stem cells: a new tool for improving tissue regeneration. Cell Transplantation 2012;21(6):1225-33.

4 Maioli M, Rinaldi S, Santaniello S, Castagna A, Pigliaru G, Delitala A, Bianchi F, Tremolada C, Fontani V, and Ventura C. Radio electric asymmetric conveyed fields and human adipose-derived stem cells obtained with a non-enzymatic method and device: a novel approach to pluripotency. Cell Transplantation, 2013 Aug 30. doi: 10.3727/096368913X672037. [Epub ahead of print]

5.Maioli M, Rinaldi S, Santaniello S, Castagna A, Pigliaru G, Gualini S, Cavallini C, Fontani V, and Ventura C. Radio electric conveyed fields directly reprogram human dermal-skin fibroblasts toward cardiac-, neuronal-, and skeletal muscle-like lineages. Cell Transplantation 2013;22(7):1227-35.

6.INTERNATIONAL PATENT: Gimzewski JK, Pelling A, and Ventura C. International Publication Number WO 2008/105919 A2, International Publication Date 4 September 2008. Title: Nanomechanical Characterization of Cellular Activity.

 

Category: Musica e scienza

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About Carlo Ventura: Carlo Ventura è nato a Trani (Bari) nel 1958. Laureato in Medicina e Chirurgia presso l'Università di Bologna, ha conseguito sia il titolo di Specialista in Cardiologia che di Dottore di Ricerca in Biochimica presso la medesima Università. Ha trascorso ripetuti periodi di ricerca negli Stati Uniti presso il Laboratory of Cardiovascular Science del “National Institutes of Health (N.I.H.)” di Baltimora. Attualmente è Professore Ordinario di Biologia Molecolare presso la Facoltà di Medicina e Chirurgia dell'Università di Bologna. Dirige il “Laboratorio di Biologia Molecolare e Bioingegneria delle Cellule Staminali,” dell'Istituto Nazionale di Biostrutture e Biosistemi (INBB), in Bologna; è Direttore della “Unità di Cardiologia Sperimentale” del Dipartimento Cardiovascolare dell'Università di Bologna presso l'Ospedale S. Orsola-Malpighi di Bologna. Dirige la Divisione di Bologna dell'INBB, comprendente le Sezioni di Firenze, Pisa e Siena dell'INBB. E' stato Direttore Scientifico del Bioscience Institute, Cell Factory istituita a Falciano nella Repubblica di San Marino e accreditata per la conservazione e la coltivazione in "Good Manufacturing Practice (GMP)” di cellule staminali umane adulte dal 2007 al 2012. Nel 2011, nel contesto dell'INBB, ha fondato VID, the Visual Institute of Developmental Sciences, Laboratorio di Scienza ed Arte dedicato a perseguire e promuovere l'evoluzione di una “Terza Cultura”, facilitando le infinite potenzialità di collaborazioni tra l'Arte, i Media e le Scienze. E' attualmente Direttore Scientifico di GENICO/EuroBioBank, Stem Cell Bank Istituita ad Ascona, Svizzera. E' autore di oltre cento di pubblicazioni in estenso sulle più importanti riviste internazionali di biologia cellulare e molecolare. Carlo Ventura ha scoperto i recettori delle endorfine nelle cellule miocardiche, assieme ad alcune vie di trasduzione del segnale ad essi accoppiate che sono risultate agire come regolatori fondamentali della omeostasi citoplasmatica del Ca2+ e del pH e della contrattilità miocardica. Ha scoperto i recettori nucleari delle endorfine e segnali intranucleari associati con l'orientamento cardiaco in cellule staminali embrionali murine e umane adulte di diversa origine. Dopo questa scoperta è stato introdotto il termine “intracrino” per identificare un meccanismo o una molecola in grado di controllare l'omeostasi cellulare agendo a livello del nucleo o di un compartimento intracellulare. Queste scoperte hanno aperto la strada a nuovi approcci di ingegneria tissutale e rigenerazione miocardica. Ha sintetizzato e sviluppato nuovi agenti, esteri misti di acido ialuronico, butirrico e retinoico (HBR), dotati di “logica differenziativa e paracrina” in grado di generare una resa elevata di cardio-/vasculo-genesi in vitro a partire da cellule staminali embrionali murine o mesenchimali umane, assieme ad una efficiente riparazione cardiovascolare in vivo in modelli animali di piccola (ratto) e grossa taglia (maiale) sottoposti ad infarto miocardico e trapianto intracardiaco di cellule staminali mesenchimali umane precondizionate ex vivo con HBR. Ha scoperto che le energie fisiche (campi magnetici pulsati a frequenza estremamente bassa), radiofrequenze (radioelectric conveyed fields) e le energie vibrazionali (nanomeccaniche) sono capaci di orchestrare l'orientamento e il differenziamento terminale delle cellule staminali, aumentando la pluripotenzialità cellulare, senza l'intervento di agenti chimici o il trasferimento genico mediante vettori virali.

Comments (5)

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  1. Avatar Katia ha detto:

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