Le proteine sono importanti biomolecole che controllano quasi tutti i processi cellulari. Queste nanomacchine svolgono i loro compiti specifici in determinate posizioni all'interno della membrana cellulare, dove svolgono compiti importanti come il controllo dello scambio di sostanze con il mondo esterno. Durante lo svolgimento di questi compiti le proteine producono piccole quantità di calore, che possono essere misurate utilizzando appositi termometri di piccole dimensioni posti in prossimità delle molecole.
"La sfida è che i flussi di calore che si verificano qui sono estremamente bassi, il che rende quasi impossibile tale misurazione della temperatura locale nelle cellule viventi", spiega Jörg Enderlein. Con il loro nuovo processo di misurazione, i ricercatori sono riusciti a superare questa sfida e, per la prima volta, a effettuare una misurazione diretta della produzione di calore in una membrana cellulare come avviene naturalmente.
Hanno attaccato le nanosonde alle molecole all'interno della membrana cellulare. Queste nanosonde, grandi solo pochi miliardesimi di metro, agiscono come termometri in miniatura che misurano le variazioni di temperatura utilizzando un colorante fluorescente. "Per visualizzare queste sonde, abbiamo utilizzato la microscopia a super risoluzione", afferma il dottorando Christoph Rau, autore principale dello studio. Ciò consente di determinare con precisione la posizione e le fluttuazioni di temperatura delle sonde nella cella.
Il team di ricercatori ha scoperto che in determinati punti della membrana cellulare la temperatura oscilla notevolmente, con differenze anche nell'ordine di pochi miliardesimi di metro, mentre svolge il suo compito una molecola della pompa protonica (una proteina della membrana che trasporta i protoni attraverso la membrana cellulare). "Per la prima volta abbiamo ottenuto la visualizzazione e la quantificazione specifiche per la localizzazione della dissipazione del calore dalle singole proteine di membrana nelle cellule viventi", spiega Rau.
Con i loro metodi di misurazione altamente sensibili, i ricercatori di Halle possono misurare la temperatura in un volume mille volte più piccolo di una singola cella. Un potenziale vantaggio di questo è la capacità di rilevare segni molto precoci di cancro. "In molti tumori, la funzione delle proteine di membrana è alterata, il che porta a cambiamenti nel profilo di produzione di calore nella membrana cellulare. Ciò rende concepibile l'uso futuro della nanotermometria come base per un nuovo metodo di imaging per la diagnostica del cancro ", dice Jörg Enderlein.
