Figura 1. Diseño molecular de B-gTEMP y la respuesta de fluorescencia esperada a la temperatura. F(mNG) y F(tdT) son la intensidad de fluorescencia de mNeonGreen y tdTomato, respectivamente. Crédito:Kai Lu y otros.
La temperatura corporal es un indicador básico de la salud. La temperatura intracelular es también un indicador básico de la salud celular; Las células cancerosas son metabólicamente más activas y, por lo tanto, pueden tener una temperatura ligeramente más alta que las células sanas. Sin embargo, hasta ahora las herramientas disponibles para probar tales hipótesis no han estado a la altura. En un estudio publicado recientemente en Nano Letters , investigadores de la Universidad de Osaka y socios colaboradores han medido experimentalmente los gradientes de temperatura dentro de las células humanas con una precisión sin precedentes. Este estudio abrirá nuevas direcciones en el descubrimiento de fármacos y la investigación médica.
Muchos investigadores han sospechado que los gradientes transitorios de temperatura intracelular tienen un efecto más amplio en la salud humana de lo que comúnmente se cree, pero no pudieron probar sus hipótesis debido a las limitaciones de la tecnología disponible para ellos. "La tecnología de detección térmica intracelular actual tiene una resolución espacial, temporal y de lectura insuficiente para responder a algunas hipótesis médicas de larga data", explica Kai Lu, autor principal, "pero nuestra investigación cambia esto. Nuestro nanotermómetro fluorescente codificado genéticamente supera los obstáculos técnicos anteriores y ser invaluable para probar tales hipótesis".
El nanotermómetro basado en proteínas de los investigadores se basa en una salida de fluorescencia modulada que es sensible a pequeños cambios de temperatura dentro de las células. Su velocidad de lectura es al menos 39 veces más rápida que la tecnología comparable y mil veces más rápida que un parpadeo típico. El nanotermómetro permitió a los investigadores descubrir que la difusión de calor intracelular es cinco veces más lenta que la difusión de calor en el agua. También mostró que la resolución de lectura es de solo 0,042 grados Celsius a temperatura fisiológica, que es una resolución incluso más alta que la de una configuración comparable que es varios miles de veces más lenta.
Fig. 2. Respuesta de temperatura de B-gTEMP. (A) Espectro de fluorescencia de B-gTEMP a varias temperaturas. mNG:verde neón; tdT:tdTomate. (B) Relación de intensidad de fluorescencia de mNG a tdT en respuesta a la temperatura durante un ciclo de calentamiento y enfriamiento. Crédito:Kai Lu y otros.
"Probamos la hipótesis de que existe una diferencia sustancial de temperatura entre el núcleo celular y el citoplasma", dice Takeharu Nagai, autor principal. "No encontramos una diferencia significativa, pero las condiciones de prueba que imitan más de cerca la fisiología típica podrían dar resultados diferentes".
Fig. 3. Transporte rápido de calor en las células. El calor se generó irradiando nanotubos de carbono con un rayo láser rojo enfocado; el calor luego se difundió en la celda HeLa adyacente. Este proceso fue capturado en tiempo real por imágenes de temperatura en kilohercios con B-gTEMP. Crédito:Kai Lu y otros.
Hay varios medios para mejorar la funcionalidad del nanotermómetro de los investigadores. Una es mejorar su duración bajo iluminación microscópica. Otra es rediseñarlo para que sea sensible a la luz roja o infrarroja y, por lo tanto, sea menos dañino para las células para la obtención de imágenes a largo plazo. Mientras tanto, los investigadores ahora tienen la tecnología para sondear de manera realista los gradientes de temperatura intracelular y descubrir la fisiología que sustenta estos gradientes. Tal vez con este conocimiento, algún día se puedan diseñar medicamentos para aprovechar este aspecto subestimado de la fisiología celular. Nanotermómetro ultrasensible en condiciones ambientales
