În locul unui termometru care poate fi plasat sub limbă, cercetătorii au dezvoltat un termometru care poate măsura temperatura chiar și în interiorul unei singure celule vii, în zone individuale ale sale, inclusiv nucleul. Tehnologii similare ar putea ajuta cercetătorii să studieze metabolismul și alte reacții chimice la cea mai mică scară. Descoperirile sunt raportate în Science Advances.
Până în prezent cele mai bune termometre celulare au fost nanodiamantele cu defecte cunoscute, dar deoarece fiecare diamant este ușor diferit, măsurătorile nu au fost foarte coerente. Autorii noului studiu au venit cu o alternativă interesantă: nanosenzori cuantici moleculari. Echipa a încorporat moleculele unui compus de hidrocarburi numit pentacen într-un cristal. Apoi au scuturat cristalul pentru a-l sparge în particule mai mici, și în acest proces au acoperit bucățile cu un polimer pentru a le rigidiza și izola, devenind optime pentru a fi așezate în celule. Senzorii rezultați au un diametru de 200-500 nanometrii, o fracțiune din diametrul unei celule roșii din sângele uman.
Comportamentul acestor senzori cuantici depinde de superpozițiile dintre anumite stări cuantice ale electronilor din moleculele de pentacen care pot avea mai multe stări în paralel. O lumina laser verde îndreptată spre senzori le face să emită lumină roșie, însă stimularea simultană a senzorilor cu microunde de anumite frecvențe le-a atenuat ușor lumina. Temperatura mediului din jurul senzorilor (și prin urmare, temperatura senzorilor înșiși) influențează frecvența la care este indusă atenuarea. Autorii au determinat relația exactă dintre frecvența la care se produce atenuarea și temperatură, ceea ce le-a permis să o deducă destul de coerent.
Pentru a introduce senzorii în celule, experții au înmuiat celule de tumor în soluții care conțineau acești senzori, metodă prin care aceștia au fost absorbiți, sau pur și simplu le-au injectat direct în nuclee. Echipa a stimulat apoi senzorii cu metodele de mai sus, aflând temperaturile cu precizie ridicată.
Experimentele de până acum au arătat că senzori cuantici moleculari sunt extrem de precise. Rezultatele măsurătorilor efectuate în paralel și de mai mulți senzori au indicat o diferență maximă de 0,3 °C. Soluțiile bazate pe nanodiamante oferind rezultate de câteva grade diferență. Folosind noii nanosenzori, cercetătorii au descoperit că temperatura diferitelor părți ale unei celule poate diferi cu până la 1 °C.
"Cred că este o etapă fantastică", spune Sarah Mann, fizician la Universitatea din Glasgow, a cărei echipă a demonstrat modul în care moleculele de pentacen pot fi monitorizate la temperatură de cameră: "Este exact ceea ce am sperat că vom putea face datorită cercetărilor mele asupra acestor materiale. Acest lucru ar putea fi foarte util în detectarea bolilor".
Nobuhiro Yanai și colegii săi din Tokyo, care au condus noul studiu, au descoperit că pot măsura nu numai temperatura celulelor, ci și alți factori, cum ar fi nivelele de stres oxidativ. Versiunea actuală a senzorilor nu a provocat daune măsurabile celulelor, dar pentru a spori utilitatea sistemului doresc să creeze nanoparticule și mai mici, evitarea perturbării proceselor biologice fiind pe prim plan. Succesul, spune Yanai, le-ar permite să "spioneze" activitatea celulară.
