Investigadores de la Universidad Martin Luther Halle-Wittenberg (MLU) y del Instituto Helmholtz de Jena han medido con éxito la producción de calor localmente en células vivas utilizando termómetros de tamaño nanométrico. Utilizando un nuevo método de medición altamente sensible, pudieron medir directamente y sin contacto la temperatura en puntos específicos de la membrana celular de las células humanas. Este método revela diferencias de temperatura dentro de las células no observadas previamente, lo que desempeña un papel en muchos procesos celulares. El equipo de investigadores, dirigido por el profesor Jörg Enderlein, físico experimental, espera que esto les permita comprender mejor determinadas formas de cáncer. Los investigadores publicaron sus hallazgos en la revista científica "Nature Nanotechnology".

Las proteínas son biomoléculas importantes que controlan casi todos los procesos celulares. Estas nanomáquinas realizan sus tareas específicas en determinadas posiciones dentro de la membrana celular, donde cumplen tareas importantes como controlar el intercambio de sustancias con el mundo exterior. Al realizar estas tareas, las proteínas producen pequeñas cantidades de calor, que pueden medirse con termómetros de tamaño adecuado situados cerca de las moléculas.

"El desafío es que los flujos de calor que se producen aquí son extremadamente bajos, lo que hace que tales mediciones de temperatura locales sean casi imposibles en las células vivas", explica Jörg Enderlein. Con su nuevo proceso de medición, los investigadores lograron superar este desafío y, por primera vez, medir directamente la producción de calor en una membrana celular como ocurre naturalmente.

Conectaron nanosondas a moléculas dentro de la membrana celular. Estas nanosondas, de apenas unas milmillonésimas de metro de tamaño, actúan como termómetros en miniatura que miden los cambios de temperatura utilizando un tinte fluorescente. "Para visualizar estas sondas utilizamos microscopía de superresolución", afirma el candidato a doctorado Christoph Rau, autor principal del estudio. Esto permite determinar con precisión la posición y las fluctuaciones de temperatura de las sondas en la celda.

El equipo de investigadores descubrió que la temperatura fluctúa considerablemente en puntos específicos de la membrana celular, con diferencias incluso dentro de unas pocas milmillonésimas de metro cuando una molécula de bomba de protones realiza sus tareas (una proteína de membrana que transporta protones a través de la membrana celular). "Por primera vez hemos logrado la visualización y cuantificación de la disipación de calor de proteínas de membrana individuales en células vivas, específicas para cada localización", explica Rau.

Con sus métodos de medición altamente sensibles, los investigadores de Halle pueden medir la temperatura en un volumen mil veces más pequeño que el de una sola célula. Un beneficio potencial de esto es la capacidad de detectar signos muy tempranos de cáncer. "En muchos cánceres, la función de las proteínas de la membrana se altera, lo que conduce a cambios en el perfil de producción de calor en la membrana celular. Esto hace posible utilizar la nanotermometría como base para un nuevo método de imagen para el diagnóstico del cáncer en el futuro. ", afirma Jörg Enderlein.