Nanotermometre viser forskelle i første temperaturrespons i levende celler

Forskere fra Martin Luther University Halle-Wittenberg (MLU) og Helmholtz Instituttet i Jena har med succes målt varmeproduktionen lokalt i levende celler ved hjælp af termometre i nanostørrelse. Ved hjælp af en ny, meget følsom målemetode var de i stand til direkte og kontaktløst at måle temperaturen på bestemte punkter i cellemembranen af ​​menneskelige celler. Denne metode afslører tidligere uobserverede temperaturforskelle i celler, hvilket spiller en rolle i mange cellulære processer. Holdet af forskere, ledet af den eksperimentelle fysiker professor Jörg Enderlein, håber, at dette vil give dem en bedre forståelse af visse former for kræft. Forskerne offentliggjorde deres resultater i det videnskabelige tidsskrift "Nature Nanotechnology".

Proteiner er vigtige biomolekyler, der styrer næsten alle cellulære processer. Disse nanomaskiner udfører deres specifikke opgaver på bestemte positioner i cellemembranen, hvor de udfører vigtige opgaver som at kontrollere udvekslingen af ​​stoffer med omverdenen. Proteinerne producerer små mængder varme, når de udfører disse opgaver, som kan måles ved hjælp af passende små termometre i nærheden af ​​molekylerne.

"Udfordringen er, at de varmestrømningshastigheder, der forekommer her, er ekstremt lave, hvilket har gjort sådanne lokale temperaturmålinger næsten umulige i levende celler," forklarer Jörg Enderlein. Med deres nye måleproces lykkedes det forskerne at overkomme denne udfordring og for første gang lave en direkte måling af varmeproduktionen i en cellemembran, som den opstår naturligt.

De fastgjorde nanoprober til molekyler i cellemembranen. Disse nanosonder, der kun er et par milliardtedele af en meter store, fungerer som miniaturetermometre, der måler temperaturændringer ved hjælp af et fluorescerende farvestof. "For at visualisere disse prober brugte vi superopløsningsmikroskopi," siger ph.d.-kandidat Christoph Rau, hovedforfatteren af ​​undersøgelsen. Dette gør det muligt at bestemme probernes position og temperaturudsving præcist i cellen.

Holdet af forskere opdagede, at temperaturen svinger betydeligt på specifikke punkter på cellemembranen med forskelle selv inden for et par milliardtedele af en meter, når et protonpumpemolekyle udfører sine opgaver (et membranprotein, der transporterer protoner gennem cellemembranen). "For første gang har vi opnået den lokaliseringsspecifikke visualisering og kvantificering af varmeafledning fra individuelle membranproteiner i levende celler," forklarer Rau.

Med deres meget følsomme målemetoder kan forskerne fra Halle måle temperaturen i et volumen, der er tusind gange mindre end en enkelt celle. En potentiel fordel ved dette er evnen til at opdage meget tidlige tegn på kræft. "Ved mange kræftformer ændres membranproteinernes funktion, hvilket medfører ændringer i varmeproduktionsprofilen i cellemembranen. Det gør det tænkeligt at bruge nano-termometri som grundlag for en ny billeddiagnostisk metode til kræftdiagnostik i fremtiden. ," siger Jörg Enderlein.