Les chimistes de l'Université Rice ont modifié les molécules de BODIPY pour qu'elles servent de nano-thermomètres à l'intérieur des cellules. Le graphique de gauche est une compilation de micrographies fluorescentes de durée de vie montrant la réponse des molécules à la température, en Celsius. A droite, la structure de la molécule montre le rotor, en bas, qui est modifié pour restreindre la rotation à 360 degrés. Crédit :Meredith Ogle/Université Rice
Comment sait-on qu'une cellule a de la fièvre ? Prenez sa température.
C'est désormais possible grâce aux recherches menées par des scientifiques de l'Université Rice qui ont utilisé les propriétés électroluminescentes de molécules particulières pour créer un nano-thermomètre fluorescent.
Le laboratoire Rice du chimiste Angel Martí a révélé la technique dans un Journal de chimie physique B papier, décrivant comment il a modifié un rotor moléculaire biocompatible connu sous le nom de bore dipyrrométhène (BODIPY, pour faire court) pour révéler les températures à l'intérieur des cellules individuelles.
La molécule est parfaitement adaptée à la tâche. Sa fluorescence ne dure que peu de temps à l'intérieur de la cellule, et la durée dépend fortement des changements de température et de viscosité de son environnement. Mais à haute viscosité, l'environnement dans des cellules typiques, sa durée de vie de fluorescence dépend uniquement de la température.
Cela signifie qu'à une température donnée, la lumière s'éteint à un rythme particulier, et cela peut être vu avec un microscope d'imagerie à durée de vie en fluorescence.
Martí a déclaré que des collègues du Baylor College of Medicine l'avaient mis au défi de développer la technologie. "Tout le monde connaît les vieux thermomètres basés sur l'expansion du mercure, et les plus récents basés sur la technologie numérique, ", a-t-il dit. "Mais les utiliser reviendrait à essayer de mesurer la température d'une personne avec un thermomètre de la taille de l'Empire State Building."
La technique dépend du rotor. Martí et Rice, étudiante diplômée et auteure principale, Meredith Ogle, ont contraint le rotor à aller et venir, comme le volant d'une montre, plutôt que de le laisser tourner complètement.
"Il vacille à peu près, " dit Marti.
"Ce que nous mesurons, c'est combien de temps la molécule reste dans l'état excité, qui dépend de la vitesse à laquelle il vacille, " dit-il. " Si vous augmentez la température, ça vacille plus vite, et cela raccourcit le temps qu'il reste excité."
L'effet, Marti a dit, est commodément indépendant de la concentration des molécules de BODIPY dans la cellule et du photoblanchiment, le point auquel les capacités fluorescentes de la molécule sont détruites.
« Si l'environnement est un peu plus visqueux, la molécule tournera plus lentement, " dit Martí. " Cela ne veut pas nécessairement dire qu'il fait plus froid ou plus chaud, juste que la viscosité de l'environnement est différente.
"Nous avons découvert que si nous contrôlons la rotation de ce moteur, puis à haute viscosité, l'horloge interne - la durée de vie de cette molécule - devient totalement indépendante de la viscosité, " dit-il. " Ce n'est pas particulièrement courant pour ce genre de sondes. "
Martí a déclaré que la technique pourrait être utile pour quantifier les effets de la thérapie d'ablation des tumeurs, où la chaleur est utilisée pour détruire les cellules cancéreuses, ou simplement en mesurant la présence de cancers. "Ils ont un métabolisme plus élevé que les autres cellules, ce qui signifie qu'ils sont susceptibles de générer plus de chaleur, ", a-t-il déclaré. "Nous aimerions savoir si nous pouvons identifier les cellules cancéreuses par la chaleur qu'elles produisent et les différencier des cellules normales."
Les co-auteurs de l'article sont l'étudiante diplômée de Rice Ashleigh Smith McWilliams; Matthieu Ware, un scientifique à Celgene Co., San Diego; Steven Curley, un chirurgien à l'hôpital Christus Mother Frances, Tyler, Texas; et Stuart Corr, professeur adjoint de recherche chirurgicale et directeur de l'innovation chirurgicale et du développement technologique au Baylor College of Medicine.
