L’observació de neutrinos (Francis Halzen, Premi Nobel de Física 2026)

Física de partícules: La Reial Acadèmia Sueca de Ciències ha anunciat avui la concessió del Premi Nobel de Física a Francis Halzen per contribucions decisives a l’Observatori de Neutrinos IceCube i la descoberta de neutrinos d'alta energia d’origen astrofísic. Fou Halzen qui proposà en el 1988 el pol sud com a indret per detectar neutrinos, idea materialitzada amb el IceCube Neutrino Observatory. Aquest observatori consisteix en un quilòmetre cúbic de glaç antàrtic equipat amb sensors de llum. Hom cerca, és clar, els neutrinos d’origen astrofísic, que resulten de processos d’alta energia d’objectes astronòmics, autèntics acceleradors naturals de partícules. Els sensors de llum, òbviament, no detecten directament els neutrinos, sinó els casos, extraordinàriament rars, d’interacció del neutrino amb un nucli atòmic del glaç. Aquestes interaccions preserven informació del neutrino com ara la trajectòria i l’energia, gràcies a la transparència relativa del glaç. El glaç antàrtic té poques interferències i la zona és geològicament estable (=poca o nul·la sismicitat). IceCube entrà en funcionament en el 2011, i aviat reportà el primers neutrinos d’alta energia, després confirmats com d’origen exterior al nostre Sistema Solar. Halzen rebrà íntegrament els 12 milions de corones sueques del guardó.

Francis Halzen

Francis Halzen (*Tienen, 23.3.1944) es graduà en física a la KU Leuven en el 1966, s’hi doctorà el 1969 (amb una tesi titulada ‘Gebroken symmetrieën van hadronen - dynamica van het PII Pl-nucleon kanaal’) i hi va completar l’agregat d’ensenyament superior el 1972. Paral·lelament fou investigador associat al CERN (1969-1971). Des del 1972 és professor de la University of Wisconsin-Madison. És l’investigador principals dels projectes AMANDA (Antarctic Muon And Neutrino Detector Array) i IceCube.

L'Observatori IceCube

Projectes com a AMANDA i IceCube donaren una empenta definitiva a l’astronomia de neutrinos. Si fins llavors, i des de l’albada de la humanitat, l’astronomia es basava en la radiació electromagnètica (llum visible i, ja en les darreres generacions, des dels raigs gamma fins a les radioones), l’astronomia de neutrinos oferia una altra panorama, com més recentment ho ha fet l’astronomia de les ones gravitatòries. Val a dir, però, que la inspiració de l’astronomia de neutrinos es troba en l’estudi dels raigs còsmics (que són majoritàriament protons accelerats).

El neutrino és una partícula elèctricament neutra i màssicament molt lleugera. Això fa que tingui, en comparació amb els fotons, ben poca reactivitat amb la matèria. Poca, però no nul·la, ja que efectivament un neutrino pot interactuar amb un nucli atòmic. Això és extraordinàriament rar, i els 65000 milions de neutrinos d’origen solar que ens creuen l’ungla del dit menovell cada segon hi passen totalment indetectats.

Si bé en el Sistema Solar la immensa majoria de neutrinos s’origina en el Sol, també ens arriben neutrinos de fora del Sistema Solar, anomenats neutrinos còsmics o neutrinos d’origen astrofísic.

En els anys 1980, Francis Halzen proposava el glaç antàrtic com a material ideal per a instal·lar-hi detectors de neutrinos d’origen astrofísic. Halzen ja coneixia els plans d’investigadors soviètics per col·locar receptors de radioones a l’Antàrtida, amb l’esperança de capturar senyals atribuïbles als neutrinos, és a dir la radioona desencadenada per una espurna elèctrica derivada de la col·lisió de neutrinos amb nuclis atòmics de glaç. La idea de Halzen proposava instal·lar-hi sensors de llum dins del glacer.

Antecedents d’aquestes idees eren les propostes de l’aigua com a material per capturar neutrinos còsmics, ja que la interacció del neutrino amb l’aigua és llum blava. Això ja s’havia proposat en els anys 1960, i en els anys 1980 existia el projecte DUMAND, que volia instal·lar un detector de neutrinos en l’oceà de Hawaii. Halzen contactà amb John G. Learned, del projecte DUMAND, sobre la proposta antàrtica. Halzen i Learned presentaren la idea de l’observatori de neutrinos en el Pol Sud en una conferència celebrada a Polònia el 1988 (Halzen & Learned, 1988). Un punt fort de la idea és que al Pol Sud hi ha un estació de recerca ben equipada i comunicada. Un altre argument és la constància de la foscor en el glaç més profund, només esquitxada per baixos nivells de substàncies radioactives. Igualment, la superfície glacial és prou estable com per a treballar-hi, incloent-hi la manca de terratrèmols. Val a dir que el clima és un inconvenient considerable, ja que la temporada de treballs es circumscriu a l’estiu (de novembre a febrer).

En el 1992 començaven els treballs d’investigadors i enginyers per fer realitat aquesta idea de Halzen. Glaciòlegs proposaren fer les perforacions amb un cap de dutxa d’aigua calenta, i llençar-hi tot de seguida cables amb cordes de sensors de llum. Els sensors de llum eren, en paraules de Halzen, una bombeta inversa, ja que captura llum per transformar-la en un senyal elèctric.

El projecte AMANDA enfonsà primer sensors en el glaç de Groenlàndia. Els resultats serviren per construir un primer observatori de neutrinos al Pol Sud. El 24 de desembre del 1993 s’instal·lava el primer cable amb mòduls òptics en el glaç antàrtic. Aparegué aviat el problemaa de les bombolles formades en la secció superior del glaç. A una fondària de 1400 metres, el glaç esdevenia extremadament pur i transparent: llum procedent de col·lisions de neutrinos podrien detectar-se teòricament fins a 300 metres. La glaciologia rebé, doncs, un impuls de la mà del projecte AMANDA.

El gener del 2000 el projecte AMANDA encara no havia detectat neutrinos còsmics d’alta energia (Halzen, 1999). Una explicació era el volum insuficient de glaç rastrejat. Per això nasqué IceCube, per arribar a 1 km³. En el 2011 IceCube havia assolit el ple desplegament, amb 86 cables i un total de 5160 sensors de llum.

En el 2012 el telescopi de neutrinos IceCube registrava esdeveniments corresponents a possibles neutrinos d’origen còsmic. No es tractava dels centenars de milions de senyals diaris corresponents a partícules atmosfèriques implicades en cascades desencadenades per raigs còsmics. Tampoc dels centenars de senyals diaris atribuïbles a neutrinos d’origen atmosfèric d’aquestes mateixes cascades, i que procedeixen de fet de l’atmosfera de l’hemisferi nord.

En el 2013 IceCube publicava dades estatístiques a favor de la detecció de neutrinos còsmics diferents dels neutrinos atmosfèrics. En el 2015 això es reblava amb dades més fermes (Halzen, 2017).

Neutrinos d’alta energia d'origen astrofísic

Una de les motivacions de l’astronomia de neutrinos és aprofundir en l’origen dels raigs còsmics de molt alta energia. La física teòrica prediu que l’acceleració de protons de tal alta energia comporta l’emissió de neutrinos d’alta energia.

Els neutrinos d’alta energia contrasten amb els neutrinos de baixa energia provinent de la desintegració de nuclis atòmics radioactius, amb els neutrinos d’origen solar, i amb els neutrinos resultants de la col·lisió de raigs còsmics amb partícules de l’atmosfera terrestre. Diem que són d’origen astrofísic perquè procedirien de regions riques en explosions estel·lar o nuclis galàctics actius.

L’astronomia de neutrinos, però, naix en els anys 1960, quan Raymond Davis Jr observà neutrinos d’origen solar, confirmats després per l’observatori de neutrinos de Kamiokande. En el 1987 a Kamiokande es detectà una cascada de neutrinos atribuïbles a la supernova d’aquell any del Gran Núvol de Magallanes.

IceCube ha identificat fins ara diferents fonts còsmiques de neutrinos, com NGC 1068 (=Messier 77; amb 79 neutrinos detectats). També ha detectat neutrinos d’alta energia de la nostra pròpia galàxia.

Lligams:

- Pressmeddelande: Nobelpriset i fysik 2026.

- High-energy neutrino detection in deep polar ice. Francis Halzen(Wisconsin U., Madison), John G. Learned(Hawaii U.). University of Wisconsin Madison preprint MAD/PH/428. University of Hawaii preprint UH-511-659-88. June 1988.

- Antarctic dreams. Halzen, Francis. Sciences, 1999, v. 39, n. 2, p. 19.

- High-energy neutrino astrophysics. Halzen, Francis. Nature Physics 13 232 (2017).

L’optogenètica (Deisseroth, Hegemann, Nagel; Premi Nobel de Fisiologia 2026)

Fisiologia sensorial: Avui l’Assemblea Nobel del Karolinska Institutet ha anunciat la concessió del Premi Nobel de Fisiologia o Medicina a Karl Deisseroth, Peter Hegemann i Georg Nagel «per les llurs descobertes en relació a canals iònics controlats per la llum i l’optogenètica». Hegemann i Nagel identificaren la canalrodopsina, com una proteïna transmembrana de l'alga unicel·lular Chlamydomonas que funciona com a canal sensible a la llum i que és responsable de la fototàxia de l’organisme. L’optogenètica de Deisseroth és l’aplicació d’aquest canal iònic en recerques sobre funció cerebral (memòria, percepció, comportament, etc.) a través de l’activació o inactivació selectives de neurones individuals. En el 2005 Deisseroth introduí el gen de la canalrodopsina en neurones de rata, de forma que la incidència de llum blava provocava l'activació neuronal. El guardó, de 12 milions de corones sueques, es repartirà en tres parts iguals per a cada investigador.

Estructura de la canalrodopsina

Karl Deisseroth

Karl Deisseroth (*Boston, 18.11.1971) es graduà en bioquímica a Harvard el 1992. Es doctorà en neurociència (1998) i en psiquiatria (2000) a Stanford. Des del 2004 dirigeix un laboratori a Stanford. És professor de bioenginyeria i de psiquiatria i ciències del comportament a Howard Hughes Medical Institute i a la Stanford University. A més de reconegut fundador de l’optogenètica aplicada a les neurociències, és autor de tecnologies de química d’hidrogel-teixit. En el 2021 publicà el llibre ‘Projections: A Story of Human Emotions’.

Peter Hegemann

Peter Hegemann (*Münster, 11.121954) va estudiar secundària a Aachen. Inicià estudis de química a la Universitat de Münster en el 1975, i el 1977 passà a estudiar bioquímica a la LMU de Munic, on es graduà en el 1980. Es doctorà en biologia el 1984 al Max-Planck-Institut de Bioquímica, a Martinsried, sota la supervisió de Dieter Oesterhelt (1940-2022). Va fer un postdoctorat al laboratori de Kenneth W. Foster, a la Syracuse University. En tornar a Alemanya esdevingué investigador principal del Max-Planck-Institut de Bioquímica. El 1993 esdevingé professor del Departament de Bioquímica de la Universitat de Regenburg. És professor de neurociència de la Universitat Humboldt des del 2004.

Georg Nagel

Georg Nagel (*Weingarten, 24.8.1953) estudià biologia i biofísica a la Universitat de Konstanz. Es doctorà en biofísica el 1988 a la Universitat de Frankfurt amb una tesi titulada ‘Ionentransport über Zellmembranen: elektrische Untersuchung von Membranproteinen in situ und rekonstituiert an künstlichen Lipidmembranen’, supervisada per Ernst Bamberg (*1940). Va fer estades postdoctorals a Yale i a la Rockefeller University. Entre 1992 i 2004 liderà un grup de recerca al Departament de Química Biofísica de l’Institut Max Planck de Biofísica de Frankfurt. És professor de fisiologia vegetal molecular a la Universitat de Würzburg des del 2004.

Canals iònics controlats per la llum

A principi dels anys 1990, Peter Hegemann estudiava la fototàxia de l’alga verda unicel·lular flagelada Chlamydomonas reinhardtii. La fototàxia és la capacitat de l’organisme de moure’s activament cap a zones més ben il·luminades. El fenomen es pot seguir en cultius líquids de l’alga en una placa de Petri. Experiments clàssics ja havien determinat que la fototàxia depèn d’un orgànul superficial de color taronja ric en retinal que actuaria com una taca ocular. Hegemann examinà aquesta taca ocular amb microelectrodes (Harz et al., 1992). Comprovà la formació d’un impuls bioelèctric al cap de mig milisegon d’il·luminar la preparació. Això implicava un mecanisme un ordre de magnitud més ràpid que altres sistemes de fotorecepció. Hegemann hipotetitzà que un sol complex proteic participaria en aquest mecanisme, possiblement un canal iònic activable per la llum, però l’intent d’isolar la proteïna responsable en una forma funcionalment estable no reeixia.

Una alternativa era explorar el genoma de Chlamydomonas, publicat a final dels anys 1990. Entre els milers de gens n’hi havia dos amb similituds amb gens coneguts de fotoreceptors. Hegemann recorregué a Georg Nagel, expert en canals iònics transmembrana. Nagel estudiava els canals iònics en un model ben clàssic, els oòcits de Xenopus. La transfecció dels oòcits amb els gens citats de Chlamydomonas resultà exitosa: els oòcits acabaven expressant les proteïnes en qüestió en la seva membrana. Les proteïnes en qüestió, tal com havia predit Hegemann, eren canals iònics que s’obrien en resposta gairebé immediata a la llum. Com que pertanyien a la família de les rodopsines, les proteïnes van rebre el nom de canalrodopsina-1 (ChR1; Nagel et al., 2002) i canalrodopsina-2 (ChR2; Nagel et al., 2003).

Kateriya et al. (2004) esquematitzaven així la fotorecepció en ‘Chlamydomonas’

L’optogenètica

Hegemann i Nagel havien inaugurat l’optogenètica, és a dir l’estudi de gens que presumiblement codificaven proteïnes sensibles a la llum. A partir dels gens ChR1 i ChR2 havien aconseguit proteïna emprant com a sistema d’expressió els oòcits de Xenopus. La ChR2 fou caracteritzada en aquest model d’expressió com una proteïna que reaccionava d’una forma excepcionalment forta i ràpida a un pols lluminós. La reacció consistia en l’obertura d’un canal transmembrana al cap de 0,2 ms, la qual cosa permetia el pas de cations i la consegüent alteració en el potencial elèctric de membrana.

Hegemann i Nagel provaren també altres sistemes d’expressió: cèl·lules embrionàries de ronyó humà i cèl·lules de ronyó de hàmster. La transfecció d’aquests cultius cel·lulars amb el gen ChR2 els convertia en cèl·lules fotoreceptores, és a dir en cèl·lules que desenvolupaven un senyal elèctric en ésser exposades a la llum. En el 2003 ja suggerien que la proteïna ChR2 podria ésser una eina experimental per a la generació d’impulsos elèctrics en cèl·lules en resposta a la llum.

Un dels científics que prengué al vol aquesta idea fou Karl Deisseroth. Deisseroth havia estudiat medicina atret per la neurocirurgia, però l’estada en una clínica psiquiàtrica li havia fet interessar-se per les neurociències. Així, abans de doctorar-se en psiquiatria, com hem vist, es va doctorar en neurociències. Entre la feina experimental hi havia l’estudi en plaques de petri de talls histològics del cervell, la qual cosa el menà a treballar en un algun mètode per a desencadenar-hi impulsos nerviosos en aquestes preparacions. El grup de recerca de Deisseroth ja s’havia fixat en una sèrie de proteïnes, però el treball de Nagel i Hegemann sobre la ChR2 el decidí a demanar-li accés al gen de la ChR2. Nagel li trameté el gen, i Deisseroth començà a transfectar amb ell cultius de neurones de rata utilitzant un vector lentiviral. Comprovà que les neurones sintetitzaven la proteïna ChR2, i que això les feia sensibles a la llum blava. De fet, les neurones transfectades generaven impulsos nerviosos en resposta a la llum blava, que podien propagar-se a altres neurones (Boyden et al., 2005). Podem dir que en el 2005 naixia l’optogenètica aplicada, és a dir l’ús d’un optogen per a fer cèl·lules sensibles a la llum amb finalitats experimentals.

Deisseroth treballà amb Hegemann i Nagel sobre aquest particular, atraient-los a les neurociències. El laboratori de Deisseroth i d’altres trobaren altres optoproteïnes que podien fer el mateix, per bé que en resposta a diferents longituds d’ona.

El nom d’optogenètica, però, no apareix a la bibliografia fins el 2006. En el 2007 el laboratori de Deisseroth introduí el gen ChR2 en neurones de l’escorça cerebral motora de ratolins vius (Aravanis et al., 2007). Un forat en el crani permetia il·luminar in vivo aquestes neurones, i comprovar com controlaven els moviments dels bigotis dels ratolins. El mateix any, introduïen el gen ChR2 en un tipus de neurona que sospitaven que participava en el procés de despertar-se, i comprovaren en ratolins vius que, efectivament, despertaven quan aquelles neurones eren il·luminades a través del forat cranial (Adamantidis et al., 2007).

Deisseroth et al. (2006) esquematitzaven així el microendoscopi de fluorescència crònic i portàtil que obria l’era de la neuro-optogenètica

En el 2012 els grups de recerca de Deisseroth i de Susuma Tonegawa identificaren amb aquesta metodologia neurones responsables de la formació de la memòria experiencial (Liu et al., 2012).

Lligams:

- Comunicat de premsa del Karolinska Institutet.

- The Photoreceptor Current of the Green Alga Chlamydomonas. Harz, Hartmann ; Nonnengasser, Christina ; Hegemann, Peter. Philos. Trans. R. Soc. Lond. Ser. B: Biol. Sci. 338:39–52 (1992).

- Channelrhodopsin-1: A Light-Gated Proton Channel in Green Algae. Nagel G, Ollig D, Fuhrmann M, Kateriya S, Musti AM, Bamberg E, Hegemann P. Science 296:2395–2398 (2002).

- Channelrhodopsin-2, a directly light-gated cation-selective membrane channel. Georg Nagel, Tanjef Szellas, Wolfram Huhn, Suneel Kateriya, Nona Adeishvili, Peter Berthold, Doris Ollig, Peter Hegemann, Ernst Bamberg. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 100:13940–13945 (2003).

- Millisecond-timescale, genetically targeted optical control of neural activity. Edward S Boyden, Feng Zhang, Ernst Bamberg, Georg Nagel & Karl Deisseroth. Nature Neuroscience 8: 1263–1268 (2005).

- An optical neural interface: in vivo control of rodent motor cortex with integrated fiberoptic and optogenetic technology. Alexander M Aravanis, Li-Ping Wang, Feng Zhang, Leslie A Meltzer, Murtaza Z Mogri, M Bret Schneider and Karl Deisseroth. J. Neural Eng. 4 S143 (2007).

Petons, classes socials i llet de panerola vivípara (Premis Ig Nobel 2026)

Ciències: Aquest dijous ha tingut lloc a Zuric la cerimònia de lliurament dels trenta-sisens Premis Ig Nobel. Aquests premis tenen una clara tendència cap a la recerca sobre temes banals i escatològics: ens fan riure i després ens fan pensar sobre el rigor metodològic.

Què és un petó? (Brindle et al., Premi Ig Nobel de Biomecànica 2026)

Matilda Brindle, Catherine Talbot i Stuart West han rebut el Premi Ig Nobel de Biomecànica «per cercar una definició més precisa de besar». Brindle et al. (2026) defineixen els petons «com a interaccions no-agonistes que impliquen un contacte oral intraspecífic i dirigit amb un cert moviment de llavis o parts de la boca, i sense transferència d’aliment». Formigues, aus, óssos polars i humans són exemples d'animals besadors.

En el llur article, publicat el mes de gener a la revista Evolution and Human Behavior, Brindle et al. proven de reconstruir l'evolució dels petons mitjançant l'etologia comparada. Al capdavall besar un congènere és quelcom habitual en el regne animal, i cal una perspectiva ben enllà de l'antropocentrisme. Amb la definició que hem esmentat fan un recorregut zoològic pels primats del Vell Món. Com que hi ha petons entre tots els grans simis actuals, dedueixen que és un caràcter heretat de l'ancestre comú, que va viure fa uns 20 milions d'anys. Alhora, relacionen els petons amb trets com l'aparellament amb múltiples mascles, una dieta no-folívora o la premasticació. En tot cas, fan una crida als investigadors en comportament animal a incloure el petó boca-a-boca en els etogrames existents.

Ahir assistien a la cerimònia de Zuric, Brindle, Talbot i West.

Comportament poc ètic de les classes socials superiors (Piff et al., Premi Ig Nobel d’Economia 2026)

No aturar-se en un pas de vianants és un exemple de comportament poc ètic per Piff et al. (2012).

Paul Piff, Daniel Stancato, Stéphane Côté, Rodolfo Mendoza-Denton, i Dacher Keltner han rebut el Premi Ig Nobel d’Economia «per aplegar proves que la gent de classe alta té una major tendència a prendre caramels a la canalla, i a entrar en altres menes de comportament poc ètic».

En un article publicat a la revista PNAS el febrer del 2012, Piff et al. exposaven els resultat del set estudis ‘amb mètodes experimentals i naturalistes’ que indicaven que els individus de classe alta es comporten de forma menys ètica que els individus de classe baixa. En els estudis 1 i 2, els individus de classe alta cometien més infraccions de trànsit. En l’estudi 3 prenien més decisions poc ètiques; en l’estudi 4 prenien béns aliens (caramels d’una gerra destinada a infants); en l’estudi 5 mentien en negociacions; en l’estudi 6 feien trampa per guanyar un premi; i en l’estudi 7 cometien faltes ètica en la feina. Seria una attitud més favorable a l’avarícia la que explicaria les diferències.

Piff recollí ahir el premi a Zuric.

La proteïna de llet de la panerola Diploptera punctata (Banerjee et al., Premi Ig Nobel de Química 2026)

Microfotografia de Banerjee et al. (2016) que ens mostra cristalls de llet en l’interior del budell mitjà d’un embrió de la panerola ‘Diploptera punctata’

Sanchari Banerjee, Nathan Coussens, François-Xavier Gallat, Nitish Sathyanarayanan, Jandhyam Srikanth, Koichiro Yagi, James Gray, Stephen Tobe, Barbara Stay, Leonard Chavas, i Subramanian Ramaswam han rebut el Premi Ig Nobel de Química «per descobrir que les proteïnes de la llet de paneroles vivípares emmagatzemen tres vegades més energia que les proteïnes de la llet de vaca».

Ara fa deu anys, la biòloga estructural Sanchari Banerjee i els seus col·legues publicaven l’estructura a resolució atòmica d’un cristall proteic crescut in vivo, unit a lípid, glicosilat i heterogeni procedent de la panerola vivípara Diploptera punctata. En biologia estructural és molt més habitual treballar amb proteïna purificada i cristal·litzada in vitro. Banerjee et al., amb tècniques de micro-cristal·lografia treballaven amb proteïnes de llet encara en l’interior del tub digestiu d’un embrió de Diploptera punctata. El cristall resultant era heterogeni, format per proteïnes glicosilades que, a través d’un plegament de lipocalina, acumulen greixos. El contingut energètic d’aquest cristall és tres vegades superior al de la llet bovina. Això permet als embrions tindre un accés constant a una aportació completa de nutrients: proteïna de bona qualitat, hidrats de carboni i àcids grassos.

Leo Chavis, Subramanian Ramaswamy, i Nathan P. Coussens recollien ahir el guardó a Zuric

Com mocar-se (Tokuji Unno, Premi Ig Nobel de Medicina 2026)

El difunt Tokuji Unno ha rebut el Premi Ig Nobel de Medicina per l’estudi publicat amb el títol ‘Com mocar-se el nas – un estudi aerodinàmic de mocar-se el nas’.

El títol en japonès de l’article era 鼻のかみ方. Aparegué el gener del 1977 al Nippon Jibiinkoka Gakkai Kaiho, amb Tokuji Unno (海野徳二) i Hiroshi Yajima (矢島裕) com autors. Els autors remarcaven la importància de mocar-se en la higiene nasal, i assenyalaven les diferències en la form de mocar-se d’europeus i japonesos. Amb dos pneumotacòmetres mesuraren la velocitat expiratòria, el volum i el temps en mocar-se cada nariu. Amb un catèter introduït al canal auditiu comprovaren els canvis de pressió en aquesta zona quan hom es moca. Concloïen que mocar-se de forma profunda i perllongada és una bona manera de previndre malalties respiratòries.

Ahir recollia el premi un col·lega d’Unno, Miki Takahara.

Trepitjar una serp verinosa (Alves-Nunes et al., Premi Ig Nobel de Biologia 2026)

Alves-Nunes et al. (2024) estudiaren el comportament de ‘Bothrops jararaca’. Aquesta serp tendeix a mossegar quan és trepitjada o assetjada. Les serps juvenils tendeixen a mossegar més que els adults, i si són ben camuflades costa de veure-les. Les zones de major risc són terres recentment llaurades de les vores de plantacions.

João Miguel Alves-Nunes, Adriano Fellone, Selma Maria Almeida-Santos, Carlos Roberto de Medeiros, Ivan Sazima, i Otavio Augusto Vuolo Marques han rebut el Premi Ig Nobel de Biologia «per trepitjar gentilment diverses parts de diverses serps verinoses repetidament, a diverses temperatures i a diverses hores del dia per provar d’entendre què indueix i què no a una serp verinosa a mossegar un ésser humà».

El premi fa referència a un article publicat el maig del 2024 a Scientific Reports, i que fou retirat el febrer del 2025 per raons ètiques, ja que el Comitè d’Ètica Animal de l’Institut Butantan no havia estès l’aprovació a trepitjar serps Bothrops jararaca nou-nates. L’estudi volia analitzar el comportament defensiu d’aquesta espècie brasilera. La majoria de les 116 serps estudiades havien nascut en captivitat. Els experiments es feren en un terrari entre l’octubre i el novembre del 2021.

Alves-Nunes recollia ahir el guardó.

Urinari sense esquitxos (Hurd et al., Premi Ig Nobel de Física 2026)

Randy Hurd, Zhao Pan, Tadd Truscott, i Kaveeshan Thurairajah han rebut el Premi Ig Nobel de Física «per intents teòrics i experimentals de dissenyar un urinari sense esquitxos».

En un article publicat a PNAS Nexus l’abril del 2025, Thurairajah et al. investigaven el disseny d’orinal sense esquitxos mitjançant la física i les equacions diferencials, amb la vista posada amb la sostenibilitat i l’accessibilitat globals. En impactar l’orina amb la superfície de l’urinari, es formen gotes que acaben tornant a l’usuari o caient al terra. La clau és que l’angle d’incidència no superi els 30 graus. Les equacions diferencials del problema de la corba isogonal els ajudaren a dissenyar urinaris sense esquitxos, que validaren després experimentalment. Introduir aquests urinaris, ens diuen, tindrà un impacte considerable en la conservació de recursos humans, estalvi de costos i productes de neteja i ús d’aigua.

Randy Hurd, Zhao Pan, Tadd Truscott i Kaveeshan Thurairajah recolliren ahir el guardó.

Imprimir amb probòscides de mosquit (Puma et al., Premi Ig Nobel de Tecnologia 2026)

Justin Puma, Zhen Yang, Evan Johnston, Zixin Zhang, Xiaoyi Lan, Lingzhi Zhang, Hongyu Hou, Zixin He, Ali Afify, Megan Creighton, Jianyu Li, i Changhong Cao han rebut el Premi Ig Nobel de Tecnologia «per l’ús pioner de probòscides de mosquit com a broquets per a impressores 3D d’alta resolució, en un procés denominat ‘necroimpressió’.».

Aquesta necroimpressió 3D era presentada en un article a Science Advances el novembre passat. Puma et al. aprofitaven material biòtic com a broquet per a una impressora 3D. Ho feien amb una tècnica de fabricació biohíbrida que aprofita probòscides de mosquits femella mortes. La probòscide del mosquit té una geometria, estructura i mecànica que li permet imprimir amples de línia de tan sols 20 μm. La punta de la probòscide pot resistir pressions internes de fins a 60 kPa. Els autors l’han provada en la impressió de diverses estructures i biobastides.

Changhong Cao recollia ahir el premi.

La flaire dels fills (Croy et al., Premi Ig Nobel d’Olfacte 2026)

Aquesta fotografia de Catherina Bott capta la feina de la psicològica clínica Ilona Croy sobre la percepció de l’olor corporal

Ilona Croy, Tomasz Frackowiak, Thomas Hummel, i Agnieszka Sorokowska han rebut el Premi Ig Nobel d’Olfacte «per recopilar proves que els bebès fan molt bona olor per als pares, però els adolescents no.».

La recerca es publicà a la revista Chemosensory Perception el juny del 2017. Croy et al. demanaren a 235 progenitors que avaluessin l’olor personal dels llurs 367 infants. Trobaren una relació inversa entre l’edat del fill i que l’olor personal fos plaent als pares. Ni el sexe dels fills ni el sexe dels pares contribuïen a aquest efecte. Croy et al. creuen que hi ha una modulació olfactòria de les relacions pare-fill. La bona olor dels bebès contribueix a la formació d’un vincle i cura parentals. Passada la pubertat dels fills, aquesta percepció ja no seria necessària.

Agnieszka Sorokowska i Ilona Croy recolliren ahir el guardó.

L’enemic de l’enemic (Krems et al., Premi Ig Nobel de la Pau 2026)

Jaimie Arona Krems, Rebecka Hahnel-Peeters, Laureon Merrie, Keelah Williams, i Daniel Sznycer han rebut el Premi Ig Nobel de la Pau «per documentar que valorem els amics que són dolents per a la gent que ens desagrada».

Krems et al. publicaren aquesta recerca el març del 2023 a la revista Evolution and Human Behavior. L’article volia explicar que de vegades volem amics dolents, i que aquesta preferència depèn de com els amics es relacionen envers altres. Un amic dolent s’aparta del model clàssic d’amic: no és pro-social, ni amable, ni confiable. Les amistats diàdiques, recorden Krems et al., tenen lloc en una xarxa social més àmplia, en la qual els nostres amics interactuen recurrentment amb altres persones. Aquestes interaccions poden tindre efectes positius o negatius per a nosaltres. Krems et al. presentaven en l’article sis estudis amb 1183 subjectes. Els estudis indicaven que volem persones amables i confiables com a millors amics. Alhora, però, volem que el nostre amic sigui més prosocial amb nosaltres que no amb terceres persones, i de vegades volem que sigui dolent amb els nostres enemics.

Jaimie Arona Krems, Keelah Williams i Daniel Sznycer recollien ahir el premi.

Roba interior soterrada com a testimoni de la salut del sòl (Bender et al., Premi Ig Nobel d'Edafologia 2026)

Franz Bender, Marcel van der Heijden, Atlant Bieri, i Pia Viviani han rebut el Premi Ig Nobel de Ciència del Sòl «per soterrar 1000 parells idèntics de calçotets en més de 25 països, i després desenterrar-los al cap de dos mesos».

Bender & Van der Heijden explicaren en una lletra a Science del febrer del 2025 aquest projecte de ciència ciutadana que vol avaluar la salut del sòl amb roba interior. A Suïssa, ciutadans soterraven peces de roba interior en els seus jardins, camps o gespes. Al cap de dos mesos els desenterraven. Si un calçotet de cotó orgànic havia desaparegut gairebé completament era el signe de l’activitat de cucs, insectes i bacteris, i bon testimoni de la salut del sòl. L’ús de roba amb esquelets elàstics facilita la recuperació. Val a dir que la roba interior la fornien els científic: un total de 1000 calçotets. Els participants havien de registrar les pràctiques de gestió del sòl que aplicaven i recollir mostres (se’n recolliren 900 mostres). La correlació entre els indicadors del sòl i la degradació de la roba de cotó mostra que aquest és un bon indicador. El projecte s’ha estès a més de 25 països, gràcies a la implicació de pagesos, hortolans i jardiners.

Franz Bender, Marcel van der Heijden, Atlant Bieri i Pia Viviani recollien ahir el guardó.

Lligams:

- Llista de guanyadors de Premis Ig Nobel.

- A comparative approach to the evolution of kissing. Matilda Brindle, Catherine F. Talbot, Stuart West. Evolution and Human Behavior 47, 106788 (2026).

- Higher social class predicts increased unethical behavior. Paul K. Piff, Daniel M. Stancato, Stéphane Côté, Rodolfo Mendoza-Denton, and Dacher Keltner. Proceedings of the National Academy of Sciences 109: 4086-4091 (2026).

- Structure of a Heterogeneous, Glycosylated, Lipid-Bound, in Vivo-Grown Protein Crystal at Atomic Resolution from the Viviparous Cockroach Diploptera punctata. Sanchari Banerjee, Nathan P. Coussens, François-Xavier Gallat, Nitish Sathyanarayanan, Jandhyam Srikanth, Koichiro J. Yagi, James S.S. Gray, Stephen S. Tobe, Barbara Stay, Leonard M. G. Chavas, and Subramanian Ramaswamy. IUCrJ 3: 282-293 (2016).

- 鼻のかみ方 揖鼻の気体動力学的研究. 海野徳二, 矢島裕). 日本耳鼻咽喉科学会会報 80: 11-17 (1977)

- RETRACTED ARTICLE: Study of defensive behavior of a venomous snake as a new approach to understand snakebite. João Miguel Alves-Nunes, Adriano Fellone, Selma Maria Almeida-Santos, Carlos Roberto de Medeiros, Ivan Sazima & Otavio Augusto Vuolo Marques. Scientific Reports 14: 10230 (2024).

- Splash-free urinals for global sustainability and accessibility: Design through physics and differential equations. Kaveeshan Thurairajah , Xianyu (Mabel) Song , J D Zhu , Mia Shi , Ethan A Barlow , Randy C Hurd , Zhao Pan. PNAS Nexus 4: pgaf087 (2025).

- 3D necroprinting: Leveraging biotic material as the nozzle for 3D printing. Justin Puma, Zhen Yang, Evan Johnston, Zixin Zhang, Xiaoyi Lan, Lingzhi Zhang, Hongyu Hou, Zixin He, Ali Afify, Megan A. Creighton, Jianyu Li, i Changhong Cao. Science Advances 11 (2025).

- Babies Smell Wonderful to Their Parents, Teenagers Do Not: an Exploratory Questionnaire Study on Children’s Age and Personal Odor Ratings in a Polish Sample. Ilona Croy, Tomasz Frackowiak, Thomas Hummel, and Agnieszka Sorokowska. Chemosensory Perception 10: 81-87 (2017).

- Sometimes we want vicious friends: People have nuanced preferences for how they want their friends to behave toward them versus others. Jaimie Arona Krems, Rebecka K. Hahnel-Peeters, Laureon A. Merrie, Keelah E.G. Williams, and Daniel Sznycer. Evolution and Human Behavior, 44: 88-98 (2023).

- Assessing soil health with underpants. S. Franz Bender, Marcel G. A. Van der Hejden. Science (2025).

El desenvolupament preclínic d’una teràpia amb ARN de transferència contra la fibrosi cística

Biomedicina: Ahir es publicava a la revista Science un article en el que Chen et al. mostraven en models preclínics l’administració no-viral d’ARN de transferència modificat químicament capaç de rescatar mutacions sense sentit responsables de la fibrosi cística. Les mutacions sense sentit consisteixen en la introducció d’un codó (=triplet) de terminació prematura (PTC) en l’ARN missatger d’un gen: això impedeix la producció de la proteïna completa. Vora l’11% te les malalties genètiques humanes es deuen a una mutació sense sentit. Què s’hi pot fer? L’edició gènica seria una alternativa, però presenta problemes quant a l’administració, la immunogenicitat, efectes laterals, eficàcia o toxicitat. Els ARNs de transferència supressors no passa per aquesta via. Un ARN de transferència es caracteritza per un anticodó. Els ARN de transferència amb anticodons stop no transfereixen aminoàcid i així tallen la cadena polipeptídica naixent. Un ARN de transferència modificat podria llegir per damunt d’un PTC: la síntesi de proteïna seria restaurada sense alterar el genoma. És, doncs, una teràpia reversible, que actua a nivell transcripcional, amb una activitat focalitzada i aplicable a diferents malalties genètiques que comparteixin el mateix PTC. Ara bé, cal garantir que sigui una teràpia eficaç, que no activi el sistema immunitari, que tingui una certa persistència funcional i que arribi als teixits diana. Es tracta, al capdavall, d’una modificació d’ARN, i cal considerar el seu impacte en termes d’estabilitat, traducció, immunogenicitat i capacitat terapèutica. Ja en condicions fisiològiques, els ARNt madurs endògens passen per tot un procés de plegament, estabilització, aminoacilació i interacció amb la maquinària traduccional del ribosoma. D’altra banda, cal disposar d’un vehicle adient que transporti l’ARNt supressor als teixits rellevants. Chen et al. opten per una gran nanopartícula lipídica. L’apliquen en models preclínics de fibrosi cística, amb la mirada posada en la restauració de la funció del regulador de la conductància transmembrana CFTR. Especialment rellevant és la incorporació de la N1-metiladenosina (m1A) en la posició 57 o 58 d’un sup-tRNA d’arginina: això millora la supressió de PTCs, l’aminoacilació, la persistència funcional, la tolerància immune innata. També ho és la identificació de TTP-3 com a nanopartícula lipídica. En un model de ratolí l’administració intratraqueal de TTP-3 fa arribar els sup-tRNAs a l’epiteli de les vies aèries. En un model d’organoides intestinals de ratolí CFTR R553X, la teràpia millora l’inflament dependent de CFTR. Chen et al. confien en el futur de la medicina basada en ARN de transferència.

Chen et al. han investigat una teràpia contra la mutació més freqüent en els casos de fibrosi cística. Aquesta és una mutació ‘sense sentit’ en tant que introdueix un codó de terminació prematura en l’ARN missatger del gen corresponent. La teràpia en qüestió és fonamenta en un ARN de transferència supressor, l’anticodó del qual permet llegir més enllà del codó de stop. Nanopartícules lipídiques no-virals permetrien l’arribada de l’ARNt al pulmó, on promourien la síntesi de la proteïna CFTR.

Lligams:

- Nonviral delivery of chemically modified tRNA rescues nonsense mutations in cystic fibrosis. Jingan Chen, Muye Zhou, Songtao Dong, Fanglin Gong, Rasangi Tennakoon, Breanna Y. Seto, Ziyan Rachel Chen, Zhichang Peter Zhou, Jingyi Pan, Yue Xu, Sijin Luozhong, Colette Maya Macarios, Santiago Tijaro-Bulla, Tanja Gonska, Jim Hu, Haissi Cui, Bowen Li. Science 393: 6814 (2026).

El cicle del carboni i el clima de la Terra (Pep Canadell, Premi Ramon Margalef, 2026)

Ecologia: Avui el Govern de la Generalitat ha anunciat la concessió del Premi Ramon Margalef d’Ecologia a Pep Canadell «per la seva contribució en l’estudi del canvi climàtic».

Bona part de la recerca de Canadell gira a l'entorn del rol dels ecosistemes forestals en el cicle del carboni

Pep Canadell

Pep Canadell (*Sabadell, 1961) es va llicenciar en Biologia a la Universitat Autònoma de Barcelona (1984), on completà un màster en ecologia (1989). Realitzà una estada a la San Diego State University com a professor adjunt (1991-1992), i més tard fou investigador a la University of California, Berkeley (1993-1994). Els treballs realitzats en aquests períodes fonamentaren la seva tesi doctoral en ecologia del foc, defensada reeixidament a la UAB (1995). Després marxà a la Stanford University on fou investigador sobre canvi global i ecosistemes terrestres del International Geosphere-Biosphere Program (1995-1998).

Des de principi de segle, Canadell ha participat en el Panel Intergovernamental de Nacions Unides sobre Canvi Climàtic (IPCC). També ha participat en les estimacions que realitza l’Organització Meteorològica Mundial.

Des de fa més d’un quart de segle és investigador al CSIRO d’Austràlia, en la secció d’Environment. És l’investigador en cap del Climate Systems Hub del National Environmental Science Program i el director executiu del Global Carbon Project. També és membre del World Climate Research Program.

La ciència del canvi climàtic

Una línia de recerca fonamental és l’elaboració d’estimacions globals sobre l’estat actual i les tendències dels principals gasos amb efecte hivernacle. Canadell ha treballat en projectes col·laboratius i interdisciplinaris en aquest sentit a escala nacional, continental (Kondo et al., 2025) i global. Relacionat amb aquesta feina hi ha l’estimació sobre la magnitud i vulnerabilitat dels diferents embornals i reservoris del cicle del carboni a la Terra (Friedlingstein et al., 2025), incloent-hi retroalimentacions entre el carboni i el clima.

Aquest coneixement és essencial per identificar la ruta cap a un estat d’emissió neta zero de gasos d’efecte hivernacle. Canadell en aquesta ruta ha treballat sobre el rol dels ecosistemes terrestres com a embornal de CO₂ i en el concepte d’emissions negatives (és a dir d’absorció neta de CO₂ i d’altres gasos d’efecte hivernacle.

Canadell ha fet també recerca sobre el rol dels incendis forestals en el col·lapse d’ecosistemes. Aquest és un exemple d’impacte abrupte parcialment atribuïble al canvi climàtic.

La perspectiva de Canadell és veure el cicle del carboni com una part integral dels cicles biogeoquímics, els quals operen a escala regional i global. La comprensió d’aquests cicles és la base des de la qual dissenyar polítiques i accions per a mitigar el canvi climàtic, a escala estatal, nacional (Loughran et al., 2025) i internacional.

Més enllà de l’activitat investigadora, Canadell s’ha implicat en el suport a la descarbonització. Això també l’ha dut a activitats de comunicació científica i de periodisme basat en l’evidència.

Lligams:

- El Govern distingeix el científic Josep Canadell per la seva contribució en l'estudi del canvi climàtic, al web Govern.cat.

- Premi Ramon Margalef d'Ecologia

Dos antibiòtics de la soca 1G de ‘Paenibacillus polymyxa’

Microbiologia: El projecte de ciència ciutadana ‘Swab and Send’ recull des del 2020 hisop collits pels seus participants i que són tramesos després a la Liverpool School of Tropical Medicine. Un exemple de la recerca que fan la podem trobar en un article publicat aquesta setmana a la revista Antibiotics, amb Amy McLeman com a primera autora. McLeman et al. isolaren a partir d’un hisop de Swab and Clean una soca bacteriana que identificaren dins de l’espècie Paenibacillus polymyxa. Aquesta espècie produeix les substàncies antimicrobianes polimixina E (=colistina) i polimixina B, d’importància clínica en el tractament d’infeccions per patògens gram-negatius multiresistents. McLeman et al. feren assaigs en placa d’agar i de cultiu líquid per veure si la soca P. polymyxa 1G presentava activitat contra Escherichia coli i contra soques resistents. Alhora feren una seqüència del genoma de 1G, i una anàlisi per espectrometria de masses del sobrenedant del seu cultiu. La soca P. polymyxa 1G era activa contra E. coli en agar i en cultiu líquid. Ara bé, no ho era pas amb soques d’E. coli que contenen els gens mcr1 i mcr4, que confereixen protecció contra la colistina. Dedueixen la producció d’una polimixina A, identifiquen un clúster de gens relacionat i troben indicis moleculars de polimixina A1 i A2.

McLeman et al. identifiquen pics corresponents a la polimixina A1 (1157 m/z) i a la polimixina A2 (1143 m/z) en el sobrenedant de cultius de ‘P. polymyxa’ 1G. Malauradament, no són capaces d’actuar contra soques enterobacterianes resistents a la colistina.

Swab and Send i la necessitat de trobar nous antibiòtics

La resistència a agents antimicrobians és una de les grans amenaces a la salut humana, i hom estima que en el 2050 hi haurà 8,22 milions de morts anuals per aquesta causa. Cal trobar nous antibiòtics, especialment contra bacteris gramnegatius. El medi natural és el reservori de bacteris i fongs encara no descrits que podrien produir nous antibiòtics.

Fou així com en el 1947, Y. Koyama va poder descriure la polimixina E (= colistina), antibiòtic produït pel bacteri grampositiu Paenibacillus polymyxa (=Bacillus polymyxa). Aquesta espècie també produeix fusaricidina i altres polimixines. En el mateix 1947, Benedict i Langlykke identificaren una polimixina en sobrenedant de cultiu de P. polymyxa. Hom ha descrit cinc clústers de gens responsables de la biosíntesi de polimixines.

L’ús de la colistina decaigué a partir dels anys 1980, en valorar-se que era excessivament tòxica. En efecte, les polimixines presenten sovint toxicitat renal o neural, i generen respostes al·lèrgiques.

En l’actualitat les polimixines (polimixina B, colistina) s’utilitzen per tractar infeccions de bacteris gramnegatius resistents a carbapenems enteses com a ‘darrera línia de defensa’. Urgeix trobar polimixines amb un perfil menys tòxic.

A partir dels anys 1950, les polimixines han estat emprades en agricultura contra bacteris patògens de cultius. Això ha promogut l’aparició de resistències. Un element genètic d’aquesta resistència són els gens mcr, gens presents en plàsmids i que es difonen per transferència horitzontal.

Investigar noves variants de polimixines pot ajudar a diversificar l’arsenal d’agents antimicrobians contra Enterobacterales.

P. polymyxa 1G

La soca P. polymyxa 1G fou isolada de l’hisop d’un dipòsit de carbó pres el 2019 en el marc del projecte Swab and Send. L’isolat generava una zona d’inhibició en placa d’agar de la soca E. coli NCTC86. L’assaig CFS indicava una reducció del creixement del 99%.

La seqüenciació del gen ARNr 16S indicava que la soca pertanyia a l’espècie Paenibacillus polymyxa. La seqüenciació genòmica ulterior en plataforma Illumina-Oxford Nanopore generà un cromosoma complet i tancat de 6.088.001 pb.

L’isolat fou cultivat en medi M9 amb glucosa com a font de carboni durant 2 setmanes. L’anàlisi per espectrometria de masses del sobrenedant indicà la presència de dos compostos semblants a la colistina. Aquests dos compostos serien polimixina A1 i polimixina A2.

L’anàlisi bioinformàtica del genoma indicava un clúster gènic responsable de la biosíntesi d’aquestes polimixines. Aquest clúster és format pels gens pmxA, pmxB i pmxE, i per dos gens de transportadors de tipus ABC. Els tres gens pmx codifiquen regions diferents de la polimixina.

P. polymyxa 1G contra vuit isolats resistents a la colistina

McLeman assajaren el sobrenedant (CFS) de P. polymyxa G1 contra vuit isolats d’E. coli resistents. El sobrenedant no era efectiu contra les soques resistents amb gens mcr. Tampoc no era amb una soca resistent sense aquests gens.

El valor de la biodiversitat

Les polimixines A1 i A2 de la soca 1G són semblants a altres polimixines A prèviament isolades. Disposar d’un bon nombre de variants és interessant ja que algunes d’elles podrien presentar un perfil nefrotòxic menys desfavorable. Certament, però, les polimixines de la soca 1G no poden fer front a bacteris que tinguin gens mcr, o altres gens de resistència.

Lligams:

- Antimicrobial Activity of a Polymyxin A-like Compound and Characterisation of the Cognate Biosynthetic Gene Cluster Within the Genome of the Producing Paenibacillus polymyxa. Amy McLeman, Alexander D. H. Kingdon, Robin Hoeven, George Taylor, Ellie Allman, Issra Bulgasim, Claudia McKeown, Richard N. Goodman, Sabrina Moyo, Adam P. Roberts. Antibiotics (2026)

Organoides cerebrals humans de cinc anys d’edat

El laboratori de Paola Arlotta fa recerca sobre desenvolupament del neocòrtex cerebral humà, amb un enfocament d’enginyeria de teixits. Un exemple d’això és el seu treball sobre organoides cerebrals: aquests sistemes in vitro poden constituir un model sobre el desenvolupament del cervell humà, tal com expliquen en un article publicat a Nature aquesta setmana, amb Irene Faravelli com a primera autora. El desenvolupament i maduració del cervell humà segueix un període de gairebé vint anys, amb tot una sèrie de processos específics que difícilment es poden seguir en models animals. Faravelli et al. han mantingut en cultiu alguns organoides cerebrals humans durant cinc anys en el decurs dels quals, amb condicions òptimes de creixement, han assolit una considerable extensió de la viabilitat de neurones excitatòries. Faravelli et al. han seguit l’evolució transcriptòmica dels diferents tipus cel·lulars. És remarcable que els perfils de metilació genòmica es corresponguin a l’edat del propi organoide. Quan generen organoides quimèrics amb progenitors neurals de diferents edats, els progenitors vells es diferencien en neurones ràpidament, com si guardessin una memòria del temps que ja havien passat in vitro. Faravelli et al. confien que els seus organoides podran persistir en bones condicions de cultiu durant molts anys.

Faravelli et al. han seguit la maduració progressiva al llarg de cinc anys de cultius d’organoides d’escorça cerebral humana

Els organoides com a model

El desenvolupament del cervell humà, com el de qualsevol altre òrgan, és orquestrat per programes transcripcionals definits per ones d’expressió gènica regulades en l’espai i en el temps. Aquests patrons d’expressió gènica són el fruit de canvis dinàmics ben coordinats en l’activitat d’elements reguladors i en la remodelació epigenòmica. En el cervell això es tradueix en l’aparició a temps oportú de diferents tipus cel·lulars neurals, que maduren progressivament.

Una diferència remarcable del cervell humà en comparació amb altres espècies de mamífers és la lentitud de desenvolupament i maduració. Les neurones de l’escorça cerebral requereixen anys per arribar a la plena maduració.

Aquest ritme lent de maduració s’observa també en tots els tipus cel·lulars derivats de cèl·lules mare pluripotencials humans (hPS). Hi ha barreres epigenètiques que forcen la lentitud de la maduració neuronal humana. També hi contribuiria la taxa del metabolisme mitocondrial.

A mig camí de l’òrgan in vivo i dels cultius cel·lulars, els organoides podrien ser un bon model per entendre la base molecular d’aquest procés. És una recerca pacient, val a dir, i en aquest article Faravelli et al. aporten informació epigenètica, estructural i funcional sobre organoides corticals humans de més de cinc anys d’existència. Segueixen el transcriptoma de cèl·lules individuals, i constaten que progenitors procedents d’organoides vells mostren una memòria del desenvolupament previ.

L’envelliment dels organoides en cultiu in vitro

Els organoides cerebrals humans segueixen el ritme lent i neotènic del cervell humà endogen pel que fa al desenvolupament i maduració. En la majoria d’estudis això no s’arriba a copsar, ja que no se’ls segueix més que durant uns mesos. Faravelli et al. desenvoluparen un protocol de cultiu a llarg termini, i alguns dels seus organoides ja han arribat als 5 anys d’edat.

Faravelli et al. han estudiat ara uns 34 organoides, amb edats de 6 mesos, 9 mesos, 1 any, 18 mesos, 2 anys, 3 anys, 4 anys i 5 anys, mitjançant una anàlisi de seqüència d’ARN d’una sola cèl·lular (scRNA-seq). Prèviament, disposen de dades d’uns 76 organoides de 15 dies a 6 mesos d’edat. La base de dades completa és, doncs, de 110 organoides, dels quals hi ha anàlisis de scRNA-seq de 424.720 cèl·lules.

Existeixen dades transcriptòmiques d’escorça cerebral humana endògena. Faravelli comparen els organoides amb aquestes dades:
- els organoides de 15 dies a 2 mesos són comparats amb cervells fetals humans del primer trimestre de gestació.
- els organoides de 3 a 6 mesos, a cervells fetals del segon trimestre.
- els organoides de 9 mesos a 5 anys, es corresponen a edats prenatals i postnatals.

La correspondència cronològica entre el desenvolupament in vivo i in vitro és remarcable. Els organoides de més de 12 mesos de cultiu presenten un transcriptoma anàleg al del cervell post-natal.

La metilació d’ADN, particularment en llocs CpG associats a l’edat, constitueix un rellotge epigenòmic de l’edat biològica. Si el metiloma és dinàmic en el primer desenvolupament, tendeix després a uns nivells alts i estables en la vida post-natal. Faravelli et al. han fet seqüenciació genòmica amb bisulfit (WGBS) d’organoides d’edats situades entre 3 mesos i 5 anys: el patró de metilació s’assembla al constatat in vivo.

En els organoides també es constata l’existència de regions de metilació diferenciada segons el tipus cel·lular (cdDMRs). Faravelli et al. identifiquen 213 DMRs correlacionades amb l’edat en els seus organoides. Observen també una metilació CpA progressiva en 1383 posicions.

Els rellotges epigenètiques Horvath (per a tots els teixits) i els específics de cervell fetal humà o per a escorça cerebral humana, prediuen unes edats de metilació d’ADN que correlacionen força amb el temps de cultiu de l’organoide.

La composició cel·lular dels organoides

Faravelli et al. han comprovat per scRNA-seq que en els seus organoides corticals hi ha presència dels diferents tipus cel·lulars esperables.

Els astròcits i els progenitors glials són ben presents en els organoides corticals de 5 anys de cultiu. Transcriptòmicament s’assemblen força als dels teixits vius. Els organoides d’aquesta edat presenten trets de maduració glial i mielinització.

Pel que fa a les neurones, les condicions de cultiu CDM4 comporten que en els organoides hi hagi un declivi progressiu de les poblacions neuronals. Tot i amb tot, en els organoides de 5 anys romanen els marcadors de neurones inhibidores i excitadores. Per immunohistoquímica, Faravelli et al. detecten el marcador NeuN i el marcador SATB2 en organoides de 5,8 anys de cultiu.

Quan els organoides són cultivats en medi BrainPhys suplementat amb GlutaMax, al cap de 9 mesos Faravelli et al. detecten un augment de neurones de projecció cal·losal. Això implica un augment del nombre de neurones actives. L’observació per microscòpia electrònica indica un augment de la densitat sinàptica. La microscòpia de fluorescència indica també un augment de la complexitat neuronal en termes d’arborització morfològica (longitud de neurites, nombre de braques terminals). Tot plegat condueix a definir unes condicions de cultiu permissible amb l’activitat neuronal que seria òptim per aprofitar els organoides com a model del funcionament cortical. Efectivament, organoides cultivats en aquestes condicions durant 2 anys retenen l’activitat neuronal, i a més ho fan amb un perfil diferent del dels organoides més joves.

La retenció del temps de desenvolupament

Molts models d’embrió (ratolí, pollastre) assenyalen que els diferents llinatges cel·lulars acumulen amb el temps una major restricció del seu potencial de diferenciació. Faravelli et al. mostren que això també passa en els seus organoides.

Faravelli et al. han generat organoides quimèrics que integren progenitors de diferents edats. Aquests organoides tenen com a base un sistema quimeroide ex vivo de ratolí. Els quimeroides humans de Faravelli et al. són el resultat de la barreja de cèl·lules velles (procedents d’organoides de 9-12 mesos d’edat) o cèl·lules noves. Els quimeroides monocrònics vells presenten un perfil semblant als organoides de 9 mesos: els progenitors acaben per generar astroglia, com si retinguessin l’edat de l’organoide d’on procedien. En els quimeroides heterocrònics, cada progenitor respon d’acord amb l’edat de l’organoide de partida, però hi ha senyals que indiquen que els progenitors joves rejoveneixen un xic el programa dels progenitors vells.

Faravelli et al. ens mostren l’existència d’un rellotge intern al si de cada cèl·lula d’organoide que influeix en els seus patrons d’expressió gènica.

Lligams:

- Human brain organoids record the passage of time over multiple years. Irene Faravelli, Noelia Antón-Bolaños, Anqi Wei, Tyler Faits, Abhishek Sampath Kumar, Sophia Andreadis, Rahel Kastli, Marta Montero Crespo, Mara Steiger, Daniel Leible, Elizabeth Zhang, Bobae An, Yaron Meirovitch, Sayara Silwal, Sung Min Yang, Alexander Kovacsovics, Xian Adiconis, Helene Kretzmer, Joshua Z. Levin, Edward S. Boyden, Jeff Lichtman, Aviv Regev, Alexander Meissner & Paola Arlotta. Nature (2026).