O echipă de cercetători a dezvoltat un „termometru” microscopic capabil să măsoare temperatura în interiorul unei singure celule vii, inclusiv în zona nucleului. Descoperirea, publicată în Science Advances, deschide noi perspective pentru biologie și medicină, deoarece temperatura intracelulară este asociată cu metabolismul, reacțiile chimice, funcționarea normală a organismului și evoluția anumitor afecțiuni.
Testele efectuate pe celule tumorale vii au demonstrat că diferite regiuni ale aceleiași celule pot avea variații de temperatură de până la aproximativ 1 grad Celsius. Deși poate părea puțin la scala corpului uman, această diferență este semnificativă la nivel celular. Pentru cercetători, acest tip de măsurare oferă o vedere mai clară asupra proceselor biologice dificil de observat până acum în mod direct.
Cum funcționează termometrul cuantic
Noua tehnologie se bazează pe senzori moleculari cuantici, denumiți MoQNs. Cercetătorii au utilizat pentacen, un compus organic, introdus în nanocristale acoperite cu un strat biocompatibil, pentru a evita aglomerarea și pentru a permite funcționarea în interiorul celulelor fără a le deteriora. Dimensiunea acestor senzori este de aproximativ 200 sau 500 de nanometri, fiind mult mai mici decât diametrul unei celule roșii. 
Principiul de funcționare pare inspirat din science-fiction, însă este extrem de precis. Cercetătorii iluminează senzorii cu un laser verde, iar aceștia emit lumină roșie. Ulterior, aplică microunde la anumite frecvențe. În funcție de temperatura mediului, intensitatea luminii roșii emise de senzori scade ușor la o anumită frecvență. Prin măsurarea acestei variații, specialiștii pot calcula temperatura în zona în care se află senzorul.
Acesți senzori sunt numiți cuantici deoarece valorifică comportamentul electronilor din moleculele de pentacen, care pot exista în stări cuantice speciale. Această sensibilitate la mediul înconjurător le conferă utilitate ca instrumente de măsurare. În loc să fie o vulnerabilitate, fragilitatea sistemului cuantic devine o super-putere științifică.
Ce au descoperit cercetătorii în celulele canceroase
Pentru introducerea senzorilor în celule, cercetătorii au folosit două metode: fie celulele tumorale au fost expuse într-o soluție conținând nanosenzori până au fost absorbite, fie senzorii au fost injectați direct în nucleu. Ulterior, sistemul cu laser și microunde a permis măsurarea temperaturii în diverse puncte din citoplasmă și nucleu.
Rezultatele revelatoare arată că temperatura nu era uniformă. Anumite zone din interiorul celulei prezentau temperaturi mai ridicate față de altele, iar nucleul prezenta mici diferențe locale de temperatură. Această descoperire este semnificativă pentru că organele celulare nu sunt simple „pungi” biologice uniforme, ci structuri dinamice, cu zone active și reacții chimice variabile.
Tehnologia poate ajuta cercetătorii să monitorizeze mai eficient metabolismul celular, răspunsul la stres, evoluția anumitor patologii și reacția celulelor canceroase la tratamente. Deși nu reprezintă încă un test medical disponibil pacienților, aceasta oferă o metodă de laborator mai precisă comparativ cu tehnicile convenționale.
O celulă canceroasă: nucleul este colorat în albastru, iar „scutul” celular în verde. Cercetătorii au creat nanosenzori capabili să măsoare temperatura din interiorul celulelor tumorale, inclusiv în nucleu. foto: Howard Vindin, The University of Sydney/Science Photo Library.
De ce este superior în comparație cu metodele tradiționale
Înainte de dezvoltarea acestor senzori moleculari, unele dintre cele mai promițătoare instrumente pentru măsurarea temperaturii la nivel celular erau nanodiamantele cu defecte speciale, denumite centre azot-vacanță. Problema era că fiecare nanodiamant avea caracteristici ușor diferite, ceea ce făcea ca măsurătorile să nu fie perfect comparabile între diferite senzori.
