Termometrul cuantic care citește temperatura din celulele canceroase: descoperirea ce poate schimba cercetarea bolilor

O echipă de cercetători a creat un „termometru” atât de mic încât poate măsura temperatura din interiorul unei singure celule vii, inclusiv în zone precum nucleul. Descoperirea, publicată în Science Advances, deschide o direcție importantă pentru biologie și medicină, pentru că temperatura din interiorul celulelor este legată de metabolism, reacții chimice, funcționarea normală a organismului și evoluția unor boli.

În testele realizate pe celule canceroase vii, nanosenzorii au arătat că diferite regiuni ale aceleiași celule pot avea temperaturi care variază cu până la aproximativ 1 grad Celsius. Pare puțin la scara corpului uman, dar la nivel celular este o diferență importantă. Pentru cercetători, acest tip de măsurătoare poate deveni o fereastră către procese biologice care până acum erau extrem de greu de observat direct.

Cum funcționează termometrul cuantic

Noua tehnologie se bazează pe senzori moleculari cuantici, numiți MoQNs. Cercetătorii au folosit pentacen, un compus organic, introdus în nanocristale și acoperit cu un strat biocompatibil, astfel încât particulele să nu se aglomereze și să poată funcționa în interiorul celulelor fără să le distrugă. Senzorii au dimensiuni de aproximativ 200 sau 500 de nanometri, adică sunt mult mai mici decât diametrul unei globule roșii.

Principiul pare desprins din science-fiction, dar este foarte precis. Cercetătorii luminează senzorii cu un laser verde, iar aceștia emit lumină roșie. Apoi, aplică microunde la anumite frecvențe. În funcție de temperatura mediului din jur, strălucirea roșie a senzorilor scade ușor la o anumită frecvență. Prin măsurarea acestui efect, oamenii de știință pot calcula temperatura din zona în care se află senzorul.

Vezi și:

7 semne că un anunț de cazare de pe Booking ar putea fi fals. Ce trebuie să verifici înainte să plătești

Acești senzori sunt numiți cuantici pentru că se bazează pe comportamentul electronilor din moleculele de pentacen, care pot exista în stări cuantice speciale. Tocmai această sensibilitate la mediu îi face utili ca instrumente de măsurare. În loc să fie un dezavantaj, fragilitatea sistemului cuantic devine aici o superputere științifică.

Ce au observat cercetătorii în celulele canceroase

Pentru a introduce senzorii în celule, cercetătorii au folosit două metode. În unele cazuri, celulele canceroase au fost ținute într-o soluție care conținea nanosenzorii, până când i-au absorbit. În alte cazuri, senzorii au fost injectați direct în nucleu. Apoi, sistemul cu laser și microunde a permis citirea temperaturii în diferite puncte din citoplasmă și nucleu.

Rezultatul important este că temperatura nu era uniformă. Unele zone din interiorul celulei erau mai calde decât altele, iar nucleul avea, la rândul lui, mici diferențe locale de temperatură. Această observație contează pentru că celulele nu sunt simple „pungi” biologice în care totul se petrece la fel peste tot. Sunt structuri dinamice, cu zone active, reacții chimice și procese metabolice care pot varia de la un punct la altul.

Tehnologia ar putea ajuta cercetătorii să urmărească mai bine cum funcționează metabolismul celular, cum reacționează celulele la stres, cum evoluează anumite boli și cum răspund celulele canceroase la tratamente. Nu înseamnă că există deja un nou test medical disponibil pentru pacienți, dar oferă o unealtă de laborator mult mai fină decât metodele folosite până acum.

O celulă canceroasă: nucleul este colorat în albastru, iar „scheletul” celular în verde. Oamenii de știință au creat nanosenzori care pot măsura temperatura din interiorul celulelor canceroase, inclusiv în nucleul acestora. foto: Howard Vindin, The University of Sydney/Science Photo Library.

De ce este mai bun decât metodele vechi

Înainte de acești senzori moleculari, unele dintre cele mai promițătoare instrumente pentru măsurarea temperaturii la nivel celular erau nanodiamantele cu defecte speciale, numite centre azot-vacanță. Problema era că fiecare nanodiamant putea fi ușor diferit, ceea ce făcea ca măsurătorile să nu fie întotdeauna perfect comparabile de la un senzor la altul.

Noul sistem promite o uniformitate mai bună, deoarece senzorii sunt construiți la nivel molecular, cu o structură mai controlabilă. În plus, cercetătorii spun că platforma poate detecta nu doar temperatura, ci și semnale legate de radicali, molecule reactive implicate în stresul oxidativ și în multe procese biologice importante.

Această combinație face tehnologia interesantă nu doar pentru cercetarea cancerului, ci și pentru biologia fundamentală. Dacă poți vedea cum se schimbă temperatura și mediul chimic în interiorul unei celule vii, poți înțelege mai bine mecanismele intime ale vieții.

Un pas mic ca dimensiune, uriaș pentru biologie

Descoperirea nu trebuie privită ca un tratament împotriva cancerului, ci ca un instrument nou pentru a studia celulele cu o precizie mai mare. Uneori, cele mai importante progrese medicale nu apar direct sub forma unui medicament, ci sub forma unei tehnologii care le permite cercetătorilor să vadă ce era invizibil.

Termometrul cuantic pentru celule canceroase ar putea deveni exact genul acesta de instrument. Este minuscul, dar poate măsura diferențe care spun povești mari despre metabolism, boală și reacțiile intime ale celulelor vii. Iar dacă tehnologia va fi rafinată, ea ar putea ajuta știința să înțeleagă cancerul și alte boli la un nivel mult mai apropiat de locul în care acestea încep: în interiorul celulei.

Cum faci un cocktail clasic cu whiskey de secară și cognac – Vieux Carré spune o poveste de aproape 90 de ani