Нанотермометр для внутриклеточных измерений демонстрирует беспрецедентную точность

Температура тела — базовый показатель здоровья. Внутриклеточная температура также является ключевым индикатором здоровья клетки; раковые клетки более метаболически активны и могут иметь слегка повышенную температуру по сравнению со здоровыми. Однако до сих пор доступные инструменты для проверки таких гипотез не справлялись с задачей. В исследовании, недавно опубликованном в Nano Letters, ученые из Университета Осаки и их коллеги экспериментально измерили температурные градиенты внутри человеческих клеток с беспрецедентной точностью. Эта работа открывает новые направления в разработке лекарств и медицинских исследованиях.

Многие ученые подозревали, что временные внутриклеточные температурные градиенты оказывают более широкое влияние на здоровье человека, чем принято считать, но не могли проверить свои гипотезы из-за ограничений доступных технологий. «Современные технологии внутриклеточного теплового детектирования имеют недостаточное пространственное, временное и разрешение по показаниям, чтобы ответить на некоторые давние медицинские гипотезы, — объясняет Кай Лу, ведущий автор. — Но наше исследование меняет это. Наш генетически кодируемый флуоресцентный нанотермометр преодолевает прежние технические барьеры и будет бесценен для проверки таких гипотез».

Белковый нанотермометр исследователей основан на модулированном флуоресцентном сигнале, чувствительном к малым изменениям температуры внутри клеток. Его скорость считывания как минимум в 39 раз выше, чем у сопоставимых технологий, и в тысячу раз быстрее, чем типичное моргание глаза. Нанотермометр позволил ученым обнаружить, что внутриклеточная тепловая диффузия происходит более чем в 5 раз медленнее, чем диффузия тепла в воде. Также было показано, что разрешение по показаниям составляет всего 0,042 градуса Цельсия при физиологической температуре, что даже выше, чем в сопоставимой установке, работающей в несколько тысяч раз медленнее.

«Мы проверили гипотезу о существовании существенной разницы температур между ядром клетки и цитоплазмой, — говорит Такэхару Нагаи, старший автор. — Мы не обнаружили значительной разницы, но условия тестирования, более близко имитирующие типичную физиологию, могут дать другие результаты».

Существует несколько способов улучшить функциональность нанотермометра. Один из них — увеличить время его работы под микроскопическим освещением. Другой — перепроектировать его для чувствительности к красному или инфракрасному свету, что сделает его менее повреждающим для клеток при долгосрочной визуализации. Тем временем у исследователей теперь есть технология для реалистичного изучения внутриклеточных температурных градиентов и раскрытия физиологии, лежащей в их основе. Возможно, с этими знаниями однажды можно будет разрабатывать лекарства, использующие этот недооцененный аспект клеточной физиологии.