Des chercheurs de l'Université Martin Luther de Halle-Wittenberg (MLU) et de l'Institut Helmholtz de Jena ont mesuré avec succès la production de chaleur localement dans des cellules vivantes à l'aide de thermomètres de taille nanométrique. Grâce à une nouvelle méthode de mesure très sensible, ils ont pu mesurer directement et sans contact la température à des points spécifiques de la membrane cellulaire des cellules humaines. Cette méthode révèle des différences de température jusqu’alors inobservées au sein des cellules, qui jouent un rôle dans de nombreux processus cellulaires. L'équipe de chercheurs, dirigée par le professeur Jörg Enderlein, physicien expérimental, espère que cela leur permettra de mieux comprendre certaines formes de cancer. Les chercheurs ont publié leurs résultats dans la revue scientifique "Nature Nanotechnology".

Les protéines sont des biomolécules importantes qui contrôlent presque tous les processus cellulaires. Ces nanomachines accomplissent leurs tâches spécifiques à certains endroits de la membrane cellulaire, où elles accomplissent des tâches importantes telles que le contrôle des échanges de substances avec le monde extérieur. Les protéines produisent de petites quantités de chaleur lors de l’exécution de ces tâches, qui peuvent être mesurées à l’aide de petits thermomètres appropriés situés à proximité des molécules.

"Le défi réside dans le fait que les flux de chaleur qui se produisent ici sont extrêmement faibles, ce qui rend ces mesures de température locales presque impossibles dans les cellules vivantes", explique Jörg Enderlein. Grâce à leur nouveau procédé de mesure, les chercheurs ont réussi à relever ce défi et, pour la première fois, à mesurer directement la production de chaleur dans une membrane cellulaire telle qu'elle se produit naturellement.

Ils ont attaché des nanosondes à des molécules situées dans la membrane cellulaire. Ces nanosondes, mesurant seulement quelques milliardièmes de mètres, agissent comme des thermomètres miniatures qui mesurent les changements de température à l’aide d’un colorant fluorescent. "Pour visualiser ces sondes, nous avons utilisé la microscopie à super-résolution", explique le doctorant Christoph Rau, auteur principal de l'étude. Cela permet de déterminer avec précision la position et les fluctuations de température des sondes dans la cellule.

L'équipe de chercheurs a découvert que la température fluctue considérablement à des points spécifiques de la membrane cellulaire avec des différences même de quelques milliardièmes de mètre lorsqu'une molécule pompe à protons accomplit ses tâches (une protéine membranaire transportant des protons à travers la membrane cellulaire). "Pour la première fois, nous avons réussi à visualiser et à quantifier la dissipation thermique de protéines membranaires individuelles dans des cellules vivantes", explique Rau.

Grâce à leurs méthodes de mesure très sensibles, les chercheurs de Halle peuvent mesurer la température dans un volume mille fois plus petit qu'une seule cellule. L’un des avantages potentiels de cette méthode est la capacité de détecter les signes très précoces de cancer. "Dans de nombreux cancers, la fonction des protéines membranaires est altérée, ce qui entraîne des modifications du profil de production de chaleur dans la membrane cellulaire. Cela rend envisageable l'utilisation de la nanothermométrie comme base pour une nouvelle méthode d'imagerie pour le diagnostic du cancer à l'avenir. ", déclare Jörg Enderlein.