Lichaamstemperatuur is een fundamentele indicator van gezondheid. Intracellulaire temperatuur is ook een basisindicator van cellulaire gezondheid; kankercellen zijn metabolisch actiever en kunnen dus een iets hogere temperatuur hebben dan gezonde cellen. Tot nu toe waren de beschikbare tools voor het testen van dergelijke hypothesen echter niet geschikt voor de taak. In een recent gepubliceerd onderzoek in Nano Letters , hebben onderzoekers van de Universiteit van Osaka en samenwerkende partners experimenteel temperatuurgradiënten in menselijke cellen gemeten en met ongekende precisie. Deze studie zal nieuwe wegen openen in de ontdekking van geneesmiddelen en medisch onderzoek.

Veel onderzoekers vermoeden dat voorbijgaande intracellulaire temperatuurgradiënten een breder effect hebben op de menselijke gezondheid dan algemeen wordt aangenomen, maar waren niet in staat hun hypothesen te testen vanwege de beperkingen van de beschikbare technologie. "De huidige intracellulaire thermische detectietechnologie heeft onvoldoende ruimtelijke, temporele en uitleesresolutie om een ​​aantal al lang bestaande medische hypothesen te beantwoorden", legt Kai Lu, hoofdauteur uit, "maar ons onderzoek verandert dit. Onze genetisch gecodeerde fluorescente nanothermometer overwint eerdere technische hindernissen en zal zijn van onschatbare waarde voor het testen van dergelijke hypothesen."

De op eiwitten gebaseerde nanothermometer van de onderzoekers is gebaseerd op gemoduleerde fluorescentie-output die gevoelig is voor kleine veranderingen in temperatuur in cellen. De uitleessnelheid is minstens 39 keer sneller dan vergelijkbare technologie en duizend keer sneller dan een typisch oogwenk. Met de nanothermometer konden de onderzoekers ontdekken dat intracellulaire warmtediffusie meer dan 5 keer langzamer is dan warmtediffusie in water. Het toonde ook aan dat de uitleesresolutie slechts 0,042 graden Celsius is bij fysiologische temperatuur, wat een nog hogere resolutie is dan die in een vergelijkbare opstelling die duizenden keren langzamer is.

"We hebben de hypothese getest dat er een aanzienlijk temperatuurverschil is tussen de celkern en het cytoplasma", zegt Takeharu Nagai, senior auteur. "We hebben geen significant verschil gevonden, maar testomstandigheden die de typische fysiologie beter nabootsen, kunnen andere resultaten opleveren."

Er zijn verschillende manieren om de functionaliteit van de nanothermometer van de onderzoekers te verbeteren. Een daarvan is om te verbeteren hoe lang het duurt onder microscopische verlichting. Een andere is om het opnieuw te ontwerpen zodat het gevoelig is voor rood of infrarood licht, en dus minder schadelijk is voor cellen voor langdurige beeldvorming. In de tussentijd hebben onderzoekers nu de technologie om intracellulaire temperatuurgradiënten realistisch te onderzoeken en de fysiologie bloot te leggen die aan deze gradiënten ten grondslag ligt. Misschien kunnen met deze kennis ooit medicijnen worden ontworpen om te profiteren van dit ondergewaardeerde aspect van celfysiologie. + Verder verkennen

Ultragevoelige nanothermometer onder omgevingsomstandigheden