Ny tilgang giver billeder af enkeltcelle med mikrometeropløsning via kontrast baseret på cellers termiske egenskaber

Cellernes termiske egenskaber regulerer deres evne til at opbevare, transportere eller udveksle varme med deres miljø. Så at få kontrol over disse egenskaber er af stor interesse for at optimere kryokonservering - processen med at fryse og opbevare blod eller væv, som også bruges ved transport af organer til transplantationer.

Celleaktivitet påvirker termiske egenskaber, og på vævsniveau forklarer dette, hvorfor inficerede sår føles varme at røre ved. Kræftceller, i særdeleshed, indeholder en termisk signatur, der afspejler et højere stofskifte end raske cellers. Denne funktion er nyttig til at klassificere tumorer og kan bruges til at komplementere klassisk histologisk analyse.

Et team af forskere i Frankrig, der arbejder inden for dette område, spekulerede på, om det kunne være muligt at udnytte aktiv termografikamerateknologi - bag nattesynsudstyr og termisk billeddannelse af bygninger - for at skabe en slags termisk mikroskop til at producere varmekort over enkeltceller at hjælpe dem med at forstå cellernes termiske adfærd eller gå et skridt endnu længere ved at opdage syge tilstande på subcelleskalaen.

Som holdet ledet af University of Bordeaux rapporterer i tidsskriftet Anvendt fysik bogstaver , det første trin i deres arbejde involverede dyrkning af celler oven på en nanometrisk titaniumplade. Titanium blev valgt, fordi det er hovedbestanddelen af ​​knogleimplantater.

"Vi flashopvarmer titaniumpladen med kun et par grader med en mikrometrisk laserplet, " forklarede Thomas Dehoux, en forsker ved CNRS, det franske nationale center for videnskabelig forskning. "Man kan sige, at vi 'varmer stedet' for at afbilde temperaturvariationerne på bunden af ​​arket. Hvis der ikke er nogen celle på den anden side, varmen forbliver i titaniumpladen, og temperaturen stiger." hvis der er en celle på den anden side, vil den absorbere varme og skabe et koldt sted på arket.

De involverede temperaturvariationer er ret små og forekommer på en lille mikron-størrelse - en hundrededel af et menneskehår - så forskerne kan ikke stole på et standardtermometer. I stedet, de måler titaniumpladens 'udbulning' ved opvarmning.

Hvad er det præcist, de leder efter? "Når temperaturen er høj - uden en celle på den anden side - udvider metalpladen sig lokalt og skaber en bump, " sagde Dehoux. "Når temperaturen falder - en celle undersøges - vender arkets profil tilbage til normal. Vi er i stand til at detektere denne effekt med en anden laserstråle, der afbøjes af bevægelsen af ​​den nederste overflade, som giver os en hidtil uset følsomhed."

Hver del af cellen absorberer varme forskelligt, takket være inhomogeniteterne i dets termiske egenskaber. "Dette giver os mulighed for at se gennem metalpladen og producere et termisk billede af cellen, " han tilføjede.

Mens mange eksisterende modaliteter udnytter forskelle i optiske egenskaber til billedceller, de fleste bruger fluorescerende markering for at øge kontrasten. Sådanne billeder afslører cellens struktur og molekylære sammensætning, men giver ingen nyttige detaljer om dets termiske egenskaber.

Betydningen af ​​holdets model er, at den giver et billede af en enkelt celle med mikrometeropløsning via en kontrast baseret på cellens termiske egenskaber. "Før nu, et sådant billede er aldrig blevet fremstillet - det er som at se på celler med nattesynsbriller, " påpegede Dehoux.

Med hensyn til applikationer, holdet håber, at deres teknik kan tjene som et nyt værktøj til at udføre histologisk analyse og detektere syge celler i prøver af patienters væv. "Det kan også afsløre ny information om cellernes adfærd, fordi vi vil være i stand til at observere dem med en ny kontrast, " sagde Dehoux.

Hvad er det næste for holdet? Da det er første gang, der er produceret billeder af denne art, teknikken kunne bruge lidt mere optimering. "I særdeleshed, vi ønsker at forbedre dets optagelsestid og følsomhed for at muliggøre observation af celler i realtid, "Dehoux bemærkede. "Vi vil også gerne teste effekten af ​​anti-cancer-lægemidler på cellers termiske egenskaber for at se, om nye termiske strategier kan defineres for at stoppe kræft."