Forskere udvikler det første varmekort for individuelle røde blodlegemer

Entropi er ofte forbundet med uorden og kaos, men i biologi er det relateret til energieffektivitet og er tæt forbundet med metabolisme, det sæt af kemiske reaktioner, der opretholder liv.

Et internationalt forskerhold ledet af universiteterne i Barcelona og Padua, med deltagelse af Göttingen Universitet og universiteterne Complutense og Francisco de Vitoria i Madrid, har nu udviklet en ny metodologi til måling af entropiproduktion i størrelsesordenen en nanometer.

Den nye tilgang gjorde det muligt for forskerne at måle varmestrømmen, kendt som entropiproduktionshastigheden, af enkelte røde blodlegemer. Forskningen blev offentliggjort i Science .

Forskere brugte en ny måde at måle varmestrømmen fra de aktive stofskiftekræfter inde i de røde blodlegemer ved at kvantificere den stigende entropi ved blot at observere de kontinuerlige og uberegnelige fluktuationer i den røde blodlegememembran.

For at sikre, at denne tilgang virker, skabte forskerne også mere komplekse tilgange, hvor små, mikrometerstore partikler blev limet til membranen, som ikke kun kunne bruges til at måle membranens udsving, men også til at påføre minimale kræfter, der skabes. ved blot at belyse partiklerne med lys.

Sådanne kolloide partikler - små faste partikler suspenderet i en flydende fase - kan ses som en glimrende måde at måle og også manipulere bevægelsen af ​​de levende cellers membran. Til deres beregninger ved hjælp af faktiske røde blodlegemer brugte forskerne eksperimentelle tilgange baseret på direkte optisk manipulation af membranen, men også optisk sansning og ultrahurtig live-imaging mikroskopi.

Forskerne ved universitetet i Göttingen bidrog ved at udføre følsomme og præcise eksperimenter. "Vi udviklede et eksperiment, der brugte fotoner, hvormed vi mener lys, til at holde cellerne så blidt, at den sarte varmeflux ikke blev forstyrret af lyset, men stadig stærk nok til at måle dens virkninger," siger professor Timo Betz, fra Biofysisk Institut i Göttingen.

"Varme er et symptom på cellesundhed, og denne opdagelse kan åbne op for nye måder at bestemme vævssundhed på," forklarer ledende forsker professor Felix Ritort, Institut for Nanovidenskab og Nanoteknologi, Universitetet i Barcelona. Han tilføjer:"Karakterisering af entropiproduktionen i levende systemer er afgørende for at forstå effektiviteten af ​​energiomdannelsesprocesser."

Der er stor interesse for at måle entropiproduktion i fysiske og biologiske systemer, fordi de er relevante for så mange andre systemer. "Dette gennembrud har vidtrækkende konsekvenser for vores forståelse af metabolisme og energitransport i levende systemer," siger Betz.

"Derudover kan disse resultater vise sig at være nyttige til anvendelser inden for sundhed og medicin eller guide vejen til at udvikle nye smarte materialer, der udnytter en kontrolleret entropiproduktionshastighed til at skabe en reaktion på små eksterne stimuli."

Resultaterne er offentliggjort i Science .

Flere oplysninger: I. Di Terlizzi et al., Varianssumregel for entropiproduktion, Science (2024). DOI:10.1126/science.adh1823

Journaloplysninger: Videnskab

Leveret af University of Göttingen