Intracellulært nanotermometer har hidtil uset alsidighed

Kropstemperatur er en grundlæggende indikator for sundhed. Intracellulær temperatur er også en grundlæggende indikator for cellulær sundhed; kræftceller er mere metabolisk aktive, og kan dermed have en lidt højere temperatur end raske celler. Men indtil nu har de tilgængelige værktøjer til at teste sådanne hypoteser ikke været op til opgaven. I en undersøgelse for nylig offentliggjort i Nano Letters , forskere fra Osaka University og samarbejdspartnere har eksperimentelt målt temperaturgradienter i menneskelige celler og med hidtil uset præcision. Denne undersøgelse vil åbne op for nye retninger inden for lægemiddelopdagelse og medicinsk forskning.

Mange forskere har mistænkt, at forbigående intracellulære temperaturgradienter har en bredere effekt på menneskers sundhed end almindeligt anerkendt, men var ude af stand til at teste deres hypoteser på grund af begrænsningerne af den teknologi, der er til rådighed for dem. "Nuværende intracellulær termisk detektionsteknologi har utilstrækkelig rumlig, tidsmæssig og udlæsningsopløsning til at besvare nogle langvarige medicinske hypoteser," forklarer Kai Lu, hovedforfatter, "men vores forskning ændrer dette. Vores genetisk kodede fluorescerende nanotermometer overvinder tidligere tekniske forhindringer og vil være uvurderlig til at teste sådanne hypoteser."

Forskernes proteinbaserede nanotermometer er baseret på moduleret fluorescensoutput, der er følsomt over for små ændringer i temperaturen i celler. Dens udlæsningshastighed er mindst 39 gange hurtigere end sammenlignelig teknologi og tusind gange hurtigere end et typisk øjenblink. Nanotermometeret gjorde det muligt for forskerne at opdage, at intracellulær varmediffusion er mere end 5 gange langsommere end varmediffusion i vand. Det viste også, at udlæsningsopløsningen kun er 0,042 grader Celsius ved fysiologisk temperatur, hvilket er en endnu højere opløsning end i en sammenlignelig opsætning, der er flere tusinde gange langsommere.

"Vi testede hypotesen om, at der er en væsentlig temperaturforskel mellem cellekernen og cytoplasmaet," siger Takeharu Nagai, seniorforfatter. "Vi fandt ikke en signifikant forskel, men testbetingelser, der i højere grad efterligner typisk fysiologi, kan give forskellige resultater."

Der er flere midler til at forbedre funktionaliteten af ​​forskernes nanotermometer. Den ene er at forbedre, hvor længe den holder under mikroskopisk belysning. En anden er at omkonstruere den til at være følsom over for rødt eller infrarødt lys og dermed være mindre skadelig for celler til langsigtet billeddannelse. I mellemtiden har forskere nu teknologien til realistisk at undersøge intracellulære temperaturgradienter og afdække den fysiologi, der understøtter disse gradienter. Måske med denne viden kan lægemidler en dag designes til at drage fordel af dette undervurderede aspekt af cellefysiologi. + Udforsk yderligere

Ultra-følsomt nanotermometer under omgivende forhold