Fig. 1. Conception moléculaire de B-gTEMP et réponse de fluorescence attendue à la température. F(mNG) et F(tdT) sont l'intensité de fluorescence de mNeonGreen et tdTomato, respectivement. Crédit :Kai Lu et al.
La température corporelle est un indicateur de base de la santé. La température intracellulaire est également un indicateur de base de la santé cellulaire; les cellules cancéreuses sont métaboliquement plus actives et peuvent donc avoir une température légèrement plus élevée que les cellules saines. Cependant, jusqu'à présent, les outils disponibles pour tester de telles hypothèses n'ont pas été à la hauteur de la tâche. Dans une étude récemment publiée dans Nano Letters , des chercheurs de l'Université d'Osaka et des partenaires collaborateurs ont mesuré expérimentalement des gradients de température dans des cellules humaines avec une précision sans précédent. Cette étude ouvrira de nouvelles directions dans la découverte de médicaments et la recherche médicale.
De nombreux chercheurs ont soupçonné que les gradients de température intracellulaires transitoires ont un effet plus large sur la santé humaine que ce que l'on pense généralement, mais n'ont pas pu tester leurs hypothèses en raison des limites de la technologie à leur disposition. "La technologie actuelle de détection thermique intracellulaire a une résolution spatiale, temporelle et de lecture insuffisante pour répondre à certaines hypothèses médicales de longue date", explique Kai Lu, auteur principal, "mais notre recherche change cela. Notre nanothermomètre fluorescent codé génétiquement surmonte les obstacles techniques antérieurs et être inestimable pour tester de telles hypothèses."
Le nanothermomètre à base de protéines des chercheurs est basé sur une sortie de fluorescence modulée qui est sensible aux petits changements de température dans les cellules. Sa vitesse de lecture est au moins 39 fois plus rapide qu'une technologie comparable et mille fois plus rapide qu'un clin d'œil typique. Le nanothermomètre a permis aux chercheurs de découvrir que la diffusion de chaleur intracellulaire est plus de 5 fois plus lente que la diffusion de chaleur dans l'eau. Il a également montré que la résolution de lecture n'est que de 0,042 degré Celsius à température physiologique, ce qui est une résolution encore plus élevée que celle d'une configuration comparable qui est plusieurs milliers de fois plus lente.
Fig. 2. Réponse en température de B-gTEMP. (A) Spectre de fluorescence de B-gTEMP à différentes températures. mNG :mNeonGreen ; tdT :tdTomate. (B) Rapport d'intensité de fluorescence de mNG à tdT en réponse à la température pendant un cycle de chauffage et de refroidissement. Crédit :Kai Lu et al.
"Nous avons testé l'hypothèse selon laquelle il existe une différence de température substantielle entre le noyau cellulaire et le cytoplasme", explique Takeharu Nagai, auteur principal. "Nous n'avons pas trouvé de différence significative, mais des conditions de test qui imitent plus étroitement la physiologie typique pourraient donner des résultats différents."
Fig. 3. Transport rapide de la chaleur dans les cellules. La chaleur a été générée en irradiant des nanotubes de carbone avec un faisceau laser rouge focalisé; la chaleur s'est ensuite diffusée dans la cellule HeLa adjacente. Ce processus a été capturé en temps réel par imagerie de température kilohertz avec B-gTEMP. Crédit :Kai Lu et al.
Il existe plusieurs moyens d'améliorer la fonctionnalité du nanothermomètre des chercheurs. L'une consiste à améliorer sa durée de vie sous un éclairage microscopique. Une autre consiste à le repenser pour qu'il soit sensible à la lumière rouge ou infrarouge, et donc moins dommageable pour les cellules pour l'imagerie à long terme. En attendant, les chercheurs disposent désormais de la technologie pour sonder de manière réaliste les gradients de température intracellulaires et découvrir la physiologie qui sous-tend ces gradients. Peut-être qu'avec ces connaissances, des médicaments pourront un jour être conçus pour tirer parti de cet aspect sous-estimé de la physiologie cellulaire. Nanothermomètre ultra-sensible dans des conditions ambiantes
