Le Onde Radio Controllano la Chimica dello Spin Proteico Aprendo Nuove Frontiere nella Biotecnologia

La biologia quantistica ha a lungo suggerito che gli organismi viventi sfruttino la chimica basata sullo spin in modi che la scienza sta appena iniziando a comprendere. Un nuovo studio pubblicato su Nature Biotechnology fornisce prove sperimentali sorprendenti che questa fisica può essere sfruttata e controllata dall'esterno, aprendo un capitolo completamente nuovo nel campo del bioingegneria.

Ricercatori della Technical University of Munich, dell'University of Freiburg e dell'University of Marburg si sono concentrati su una classe di proteine chiamate flavoproteine — in particolare la criptocromo, una proteina implicata nei ritmi circadiani e proposta come sensore magnetico negli animali, e una proteina light-oxygen-voltage (LOV) ingegnerizzata. Quando illuminate, queste proteine generano coppie di breve durata di elettroni con stati quantistici di spin correlati, note come coppie radicali.

Il risultato principale è che queste coppie radicali fotogenerate possono essere manipolate direttamente mediante impulsi a radiofrequenza (RF) — la stessa fisica di base che sottende la tecnologia MRI. Applicando impulsi RF insieme a gradienti di campo magnetico, i ricercatori hanno dimostrato la capacità di rilevamento del campo magnetico e la modulazione spazialmente risolta della fotoluminescenza delle proteine. In sostanza, erano in grado di aumentare o diminuire l'emissione di luce delle proteine utilizzando onde radio.

Ciò stabilisce che le proteine biologiche costituiscono una piattaforma praticabile per sistemi di spin indirizzabili otticamente — precedentemente dominio di materiali quantistici sintetici come i centri nitrogen-vacancy nel diamante. La natura biologica della piattaforma è significativa: le proteine sono biocompatibili, geneticamente codificabili e potenzialmente impiegabili all'interno di cellule vive.

Per la longevità e la medicina, le implicazioni sono speculative ma profonde. Se la chimica delle coppie radicali di spin può essere controllata nei sistemi viventi, potrebbe diventare possibile modulare l'attività enzimatica, la segnalazione cellulare o l'espressione genica mediante stimolazione non invasiva con onde radio. Anche la ricerca sulla biologia circadiana e sulla magnetorecezione potrebbe trarne vantaggio diretto. Tra le riserve da considerare vi è il fatto che si tratta di uno studio preliminare di prova di principio, e la traduzione clinica rimane lontana.