En kvantetilgang til billeddannelse og sensorproblemer, som biologer og klinikere står over for

Et væld af sygdomme som meningitis, diabetes, cystisk fibrose, Alzheimers sygdom, selv nogle kræftformer – er i sidste ende forårsaget af problemer på celleniveau. Derfor, forståelse af, hvad der sker inde i celler er afgørende. At observere celler under et mikroskop hjælper, men hvad medicinske forskere virkelig gerne vil gøre, er at se processer inde i celler i små detaljer.

En måde at gøre dette på er at identificere temperaturændringer i en celle, helt ned til individuelle cellulære organer, eller organeller. Når de tænder og slukker, proteiner, molekylære motorer og organeller som mitokondrier - cellernes kraftpakker - stiger og falder en smule i temperatur. Men lidt af dette kan ses visuelt.

"Der er stadig meget at lære om, hvordan temperaturen i en celle varierer, især som en funktion af, hvornår den er glad, når det er stresset, eller når den gennemgår forskellige processer, " sagde prof Andrew Greentree, chefforsker for teori og modellering ved CNBP's RMIT University node i Melbourne. "Kan vi måle forskellen mellem metabolisk aktivitet af forskellige celletyper, for eksempel?"

Greentrees team giver en kvantetilgang til billeddannelse og sensorproblemer, som biologer og klinikere står over for. Sådan, arbejder med CNBP-kolleger i Adelaide, Greentree og hans team udviklede et objektglas, der nøjagtigt kan kortlægge temperaturændringer i celler dyrket på det.

Rutsjebanen, lavet af lanthanid-doteret telluritglas, ændrer dens fluorescens med temperatur og, i forskning, der afventer offentliggørelse, forskerne har bevist, at små ændringer i temperaturen kan detekteres, spores og kortlægges, når de forekommer. Dette arbejde bygger på tidligere succeser fra gruppen af ​​professor Heike Ebendorff-Heidepriem, der byggede temperaturfølende optiske fibre ved hjælp af den samme glasteknologi.

"Hele cellen er kun omkring 10-15 mikron (0,01 til 0,015 mm) på tværs, og vi kan kortlægge temperaturer ned til trin på 1 mikron, lige under cellen, sagde Daniel Stavrevski, en elev, der arbejder på projektet. "Når mitokondrier genererer energi til cellerne, de bliver varmere. Det er en ganske forbløffende ting at se." Selv de bedste termiske kameraer kan kun løse objekter omkring 10 mikron i størrelse, "men de ofrer tidsmæssig opløsning, hvilket er vigtigt, når du vil overvåge aktiviteten af ​​en mitokondrier, som kan være så hurtig som millisekunder. Så at komme ned til 1 mikron - og måske blive mindre - vil afsløre ny videnskab, " han tilføjede.

Efter at have bevist, at de kan kortlægge temperaturen i hudceller, de planlægger at udvide billeddannelsen til andre typer celler, som har højere metabolisk aktivitet, og bør derfor vise større temperaturområder.

Et yderligere mål er at kombinere objektglassene med termoforer - prober, der fluorescerer i nærvær af varme - for at bygge 3-D varmekort, der registrerer temperaturændringer i realtid.

Det er banebrydende arbejde, med potentiale til at give indsigt i alle mulige metaboliske funktioner inde i celler, når de opstår, potentielt spore celler og organeller, når de deler sig, dyrke, interagere, og udføre andre vitale opgaver. Greentree forklarer:"At se fundamental fysik, som den leder livet, det er derfor, vi laver videnskab."