Una serie di malattie, come la meningite, diabete, fibrosi cistica, Il morbo di Alzheimer, anche alcuni tipi di cancro, in ultima analisi, sono causati da problemi a livello cellulare. Quindi, capire cosa sta succedendo all'interno delle cellule è essenziale. L'osservazione delle cellule al microscopio aiuta, ma ciò che i ricercatori medici vorrebbero davvero fare è vedere i processi all'interno delle cellule nei minimi dettagli.

Un modo per farlo è identificare i cambiamenti di temperatura all'interno di una cella, fino ai singoli organi cellulari, o organelli. Mentre si accendono e si spengono, proteine, i motori molecolari e gli organelli come i mitocondri, i gruppi energetici delle cellule, aumentano e diminuiscono leggermente di temperatura. Ma poco di questo è distinguibile visivamente.

"C'è ancora molto da imparare su come varia la temperatura di una cella, in particolare in funzione di quando è felice, quando è stressato, o mentre passa attraverso diversi processi, " ha detto il professor Andrew Greentree, capo ricercatore per la teoria e la modellazione presso il nodo RMIT University della CNBP a Melbourne. "Possiamo misurare la differenza tra l'attività metabolica di diversi tipi di cellule, Per esempio?"

Il team di Greentree fornisce un approccio quantistico ai problemi di imaging e sensori affrontati da biologi e clinici. Ecco come, lavorando con i colleghi CNBP ad Adelaide, Greentree e il suo team hanno sviluppato un vetrino da microscopio in grado di mappare con precisione i cambiamenti di temperatura all'interno delle cellule cresciute su di esso.

La diapositiva, in vetro tellurite drogato con lantanidi, cambia la sua fluorescenza con la temperatura e, nella ricerca in attesa di pubblicazione, i ricercatori hanno dimostrato che è possibile rilevare piccoli cambiamenti di temperatura, tracciati e mappati man mano che si verificano. Questo lavoro si basa sui precedenti successi del gruppo del professor Heike Ebendorff-Heidepriem, che ha costruito fibre ottiche di rilevamento della temperatura utilizzando la stessa tecnologia del vetro.

"L'intera cella ha un diametro di soli 10-15 micron (da 0,01 a 0,015 mm) e possiamo mappare le temperature fino a incrementi di 1 micron, proprio sotto la cella, " ha detto Daniel Stavrevski, uno studente che lavora al progetto. "Poiché i mitocondri generano energia per le cellule, diventano più caldi. È una cosa abbastanza sorprendente da vedere." Anche le migliori termocamere possono risolvere solo oggetti di circa 10 micron di dimensione, "ma sacrificano la risoluzione temporale che è importante quando si desidera monitorare l'attività di un mitocondrio che potrebbe essere veloce come millisecondi. Quindi scendere a 1 micron - e forse diventare più piccoli - scoprirà una nuova scienza, " Ha aggiunto.

Avendo dimostrato di poter mappare la temperatura nelle cellule della pelle, hanno in programma di espandere l'imaging ad altri tipi di cellule, che hanno una maggiore attività metabolica, e dovrebbe quindi mostrare intervalli di temperatura maggiori.

Un ulteriore obiettivo è combinare i vetrini con i termofori, sonde che emettono fluorescenza in presenza di calore, per costruire mappe di calore 3D che rilevano i cambiamenti di temperatura in tempo reale.

È un lavoro pionieristico, con il potenziale per fornire informazioni su tutti i tipi di funzioni metaboliche all'interno delle cellule man mano che si verificano, potenzialmente tracciare cellule e organelli mentre si dividono, crescere, interagire, e svolgere altri compiti vitali. Greentree spiega:"Per vedere la fisica fondamentale come guida la vita, ecco perché facciamo scienza".