Hoe weet je dat een cel koorts heeft? Neem zijn temperatuur.

Dat is nu mogelijk dankzij onderzoek van wetenschappers van Rice University die de lichtgevende eigenschappen van bepaalde moleculen gebruikten om een ​​fluorescerende nanothermometer te maken.

Het Rice-lab van scheikundige Angel Martí onthulde de techniek in een Journal of Physical Chemistry B papier, beschrijven hoe het een biocompatibele moleculaire rotor wijzigde die bekend staat als boordipyrrometheen (BODIPY, in het kort) om temperaturen in afzonderlijke cellen te onthullen.

Het molecuul is bij uitstek geschikt voor de taak. Zijn fluorescentie duurt slechts een korte tijd in de cel, en de duur hangt sterk af van veranderingen in zowel temperatuur als de viscositeit van de omgeving. Maar bij hoge viscositeit, de omgeving in typische cellen, de levensduur van de fluorescentie is alleen afhankelijk van de temperatuur.

Het betekent dat bij een bepaalde temperatuur, het licht gaat met een bepaalde snelheid uit, en dat kan worden gezien met een fluorescentie-levenslange beeldvormingsmicroscoop.

Martí zei dat collega's van het Baylor College of Medicine hem uitdaagden om de technologie te ontwikkelen. "Iedereen kent oude thermometers gebaseerd op de uitzetting van kwik, en nieuwere gebaseerd op digitale technologie, ' zei hij. 'Maar die gebruiken zou hetzelfde zijn als proberen de temperatuur van een persoon te meten met een thermometer ter grootte van het Empire State Building.'

De techniek is afhankelijk van de rotor. Martí en Rice afgestudeerde student en hoofdauteur Meredith Ogle beperkte de rotor om heen en weer te gaan, als het vliegwiel in een horloge, in plaats van het volledig te laten draaien.

"Het wiebelt nogal, ' zei Mart.

"Wat we meten is hoe lang het molecuul in de aangeslagen toestand blijft, dat hangt af van hoe snel het wiebelt, "zei hij. "Als je de temperatuur verhoogt, het wiebelt sneller, en dat verkort de tijd dat het opgewonden blijft."

Het effect, Martí zei, is gemakkelijk onafhankelijk van de concentratie van BODIPY-moleculen in de cel en van fotobleken, het punt waarop de fluorescerende vermogens van het molecuul worden vernietigd.

"Als de omgeving wat stroperiger is, het molecuul zal langzamer roteren, " zei Martí. "Dat betekent niet noodzakelijk dat het kouder of heter is, alleen dat de viscositeit van de omgeving anders is.

"We kwamen erachter dat als we de rotatie van deze motor beperken, dan bij hoge viscositeiten, de interne klok - de levensduur van dit molecuul - wordt volledig onafhankelijk van de viscositeit, " zei hij. "Dit is niet bijzonder gebruikelijk voor dit soort sondes."

Martí zei dat de techniek nuttig kan zijn voor het kwantificeren van de effecten van tumorablatietherapie, waar warmte wordt gebruikt om kankercellen te vernietigen, of door simpelweg de aanwezigheid van kankers te meten. "Ze hebben een hoger metabolisme dan andere cellen, wat betekent dat ze waarschijnlijk meer warmte genereren, " zei hij. "We zouden graag willen weten of we kankercellen kunnen identificeren aan de hand van de warmte die ze produceren en ze kunnen onderscheiden van normale cellen."

Co-auteurs van het artikel zijn Rice afgestudeerde student Ashleigh Smith McWilliams; Matthew Ware, een wetenschapper bij Celgene Co., San Diego; Steven Curley, een chirurg in het Christus Mother Frances Hospital, Tyler, Texas; en Stuart Corr, een assistent-professor chirurgisch onderzoek en directeur van chirurgische innovatie en technologische ontwikkeling aan het Baylor College of Medicine.