Nanotermometer måler temperaturen inde i cellerne

Hvordan ved man, at en celle har feber? Tag dens temperatur.

Det er nu muligt takket være forskning fra Rice University-forskere, der brugte de lysemitterende egenskaber af bestemte molekyler til at skabe et fluorescerende nanotermometer.

Kemikeren Angel Martí's ris-laboratorium afslørede teknikken i en Journal of Physical Chemistry B papir, beskriver, hvordan den modificerede en biokompatibel molekylær rotor kendt som bortipyrromethen (BODIPY, for kort) for at afsløre temperaturer inde i enkelte celler.

Molekylet er ideelt egnet til opgaven. Dens fluorescens varer kun et lille stykke tid inde i cellen, og varigheden afhænger i høj grad af ændringer i både temperatur og viskositeten af ​​dets omgivelser. Men ved høj viskositet, miljøet i typiske celler, dens fluorescenslevetid afhænger af temperaturen alene.

Det betyder, at ved en bestemt temperatur, lyset slukker med en bestemt hastighed, og det kan ses med et fluorescens-lifetime billeddannende mikroskop.

Martí sagde, at kolleger ved Baylor College of Medicine udfordrede ham til at udvikle teknologien. "Alle kender gamle termometre baseret på udvidelsen af ​​kviksølv, og nyere baseret på digital teknologi, " sagde han. "Men at bruge dem ville være som at prøve at måle temperaturen på en person med et termometer på størrelse med Empire State Building."

Teknikken afhænger af rotoren. Martí og Rice kandidatstuderende og hovedforfatter Meredith Ogle tvang rotoren til at gå frem og tilbage, som svinghjulet i et ur, i stedet for at lade den rotere helt.

"Det vakler ret meget, " sagde Martí.

"Det, vi måler, er, hvor længe molekylet forbliver i den exciterede tilstand, hvilket afhænger af, hvor hurtigt det slingrer, " sagde han. "Hvis du øger temperaturen, det vakler hurtigere, og det forkorter den tid, den forbliver spændt."

Effekten, Martí sagde, er bekvemt uafhængig af koncentrationen af ​​BODIPY-molekyler i cellen og af fotoblegning, det punkt, hvor molekylets fluorescerende evner ødelægges.

"Hvis miljøet er lidt mere tyktflydende, molekylet vil rotere langsommere, " sagde Martí. "Det betyder ikke nødvendigvis, at det er koldere eller varmere, bare at miljøets viskositet er anderledes.

"Vi fandt ud af, at hvis vi begrænser rotationen af ​​denne motor, derefter ved høje viskositeter, det indre ur – dette molekyles levetid – bliver fuldstændig uafhængigt af viskositet, " sagde han. "Dette er ikke specielt almindeligt for den slags sonder."

Martí sagde, at teknikken kan være nyttig til at kvantificere virkningerne af tumorablationsterapi, hvor varme bruges til at ødelægge kræftceller, eller ved blot at måle for tilstedeværelsen af ​​kræftformer. "De har et højere stofskifte end andre celler, hvilket betyder, at de sandsynligvis vil generere mere varme, " sagde han. "Vi vil gerne vide, om vi kan identificere kræftceller ved den varme, de producerer og differentiere dem fra normale celler."

Medforfattere til papiret er Rice kandidatstuderende Ashleigh Smith McWilliams; Matthew Ware, en videnskabsmand ved Celgene Co., San Diego; Steven Curley, en kirurg på Christus Mother Frances Hospital, Tyler, Texas; og Stuart Corr, en assisterende professor i kirurgisk forskning og direktør for kirurgisk innovation og teknologiudvikling ved Baylor College of Medicine.