Een groot aantal ziekten, zoals meningitis, suikerziekte, taaislijmziekte, Ziekte van Alzheimer, zelfs sommige vormen van kanker worden uiteindelijk veroorzaakt door problemen op cellulair niveau. Vandaar, begrijpen wat er in cellen gebeurt, is essentieel. Het observeren van cellen onder een microscoop helpt, maar wat medische onderzoekers echt zouden willen doen, is processen in cellen tot in de kleinste details zien.

Een manier om dit te doen is door temperatuurveranderingen in een cel te identificeren, tot aan individuele celorganen, of organellen. Terwijl ze aan en uit gaan, eiwitten, moleculaire motoren en organellen zoals mitochondria - de energiepakketten van cellen - stijgen en dalen lichtjes in temperatuur. Maar visueel is hiervan weinig waarneembaar.

"Er valt nog veel te leren over hoe de temperatuur van een cel varieert, in het bijzonder als een functie van wanneer het gelukkig is, als het gespannen is, of als het door verschillende processen gaat, " zei prof. Andrew Greentree, hoofdonderzoeker voor theorie en modellering bij CNBP's RMIT University-knooppunt in Melbourne. "Kunnen we het verschil meten tussen metabole activiteit van verschillende soorten cellen, bijvoorbeeld?"

Het team van Greentree biedt een kwantumbenadering van beeldvormings- en sensorproblemen waarmee biologen en clinici worden geconfronteerd. Dat is hoe, werken met CNBP-collega's in Adelaide, Greentree en zijn team ontwikkelden een microscoopglaasje dat temperatuurveranderingen in cellen die erop worden gekweekt nauwkeurig in kaart kan brengen.

De glijbaan, gemaakt van met lanthanide gedoteerd tellurietglas, verandert de fluorescentie met de temperatuur en, in onderzoek in afwachting van publicatie, de onderzoekers hebben bewezen dat kleine veranderingen in temperatuur kunnen worden gedetecteerd, gevolgd en in kaart gebracht wanneer ze zich voordoen. Dit werk bouwt voort op eerdere successen van de groep van professor Heike Ebendorff-Heidepriem, die temperatuurgevoelige optische vezels bouwde met dezelfde glastechnologie.

"De hele cel is slechts ongeveer 10-15 micron (0,01 tot 0,015 mm) breed en we kunnen temperaturen in kaart brengen tot in stappen van 1 micron, recht onder de cel, " zei Daniel Stavrevski, een student die aan het project werkt. "Omdat mitochondriën energie opwekken voor de cellen, ze worden heter. Het is nogal verbazingwekkend om te zien." Zelfs de beste thermische camera's kunnen slechts objecten van ongeveer 10 micron groot oplossen, "maar ze offeren temporele resolutie op, wat belangrijk is als je de activiteit van mitochondriën wilt volgen, wat zo snel kan zijn als milliseconden. Dus als je naar 1 micron gaat - en misschien kleiner wordt - zal nieuwe wetenschap worden onthuld, " hij voegde toe.

Nadat ze hebben bewezen dat ze de temperatuur in huidcellen in kaart kunnen brengen, ze zijn van plan de beeldvorming uit te breiden naar andere soorten cellen, die een hogere metabolische activiteit hebben, en zou daarom grotere temperatuurbereiken moeten vertonen.

Een bijkomend doel is om de dia's te combineren met thermoforen - sondes die fluoresceren in de aanwezigheid van warmte - om 3D-warmtekaarten te maken die temperatuurveranderingen in realtime detecteren.

Het is pionierswerk, met potentieel om inzicht te geven in allerlei metabole functies in cellen zoals ze zich voordoen, mogelijk volgen van cellen en organellen terwijl ze zich delen, groeien, interactie, en het uitvoeren van andere vitale taken. Greentree legt uit:"Om de fundamentele fysica te zien zoals die het leven leidt, daarom doen we aan wetenschap."