Forskare har föreslagit en teoretisk modell som förklarar hur levande celler kan producera egna elektriska signaler genom små rörelser i sina membran. Denna mekanism, driven av aktiva molekylära processer, kan efterlikna neuronell aktivitet och påverka jontransport. Resultaten kan inspirera bioinspirerade material och fördjupa förståelsen av cellulära funktioner.
Forskare ledda av Pradeep Sharma har utvecklat ett matematiskt ramverk som tyder på att cellmembranets ständiga mikroskopiska rörelser genererar elektriska effekter. Cellmembranet, en tunn och flexibel barriär som omger varje levande cell, omformas dynamiskt när proteiner inuti cellen ändrar form, interagerar med molekyler och utför reaktioner som ATP-hydrolys för att frigöra energi. Dessa aktiviteter får membranet att böjas, böljas och fluktuera, vilket utlöser flexoelektricitet – ett fenomen där materialdeformation producerar spänning.
Modellen förutspår att dessa rörelser skapar elektriska skillnader över membranet, upp till 90 millivolt – nivåer som är jämförbara med de i avfyrade neuroner. Spänningsförändringar sker inom millisekunder, i linje med tidpunkten och formen på neuronala aktionspotentialer. Detta antyder att sådana fysikaliska principer kan bidra till nervcellskommunikation.
Ramverket indikerar vidare att dessa spänningar kan driva jonrörelser mot naturliga elektrokemiska gradienter. Joner, laddade atomer som är essentiella för signalering och cellbalans, kan transporteras aktivt baserat på membranets töjbarhet och respons på elektriska fält. Jonflödets riktning och laddning beror på dessa egenskaper.
Genom att utöka idén föreslår forskarna att tillämpa modellen på vävnader, där koordinerad membranaktivitet kan producera större elektriska mönster. Denna mekanism ger en fysikalisk grund för sensorisk perception, neuronavfyrning och intern energiskörd i celler. Den har också potential att koppla neurovetenskap med design av bioinspirerade, elektriskt responsiva material som efterliknar levande vävnader.
Studien publiceras i PNAS Nexus, volym 4, nummer 12, i december 2025.
