Figura 1. Desenho molecular de B-gTEMP e a resposta de fluorescência esperada à temperatura. F(mNG) e F(tdT) são intensidade de fluorescência de mNeonGreen e tdTomato, respectivamente. Crédito:Kai Lu et al.
A temperatura corporal é um indicador básico de saúde. A temperatura intracelular também é um indicador básico da saúde celular; as células cancerosas são metabolicamente mais ativas e, portanto, podem ter uma temperatura ligeiramente mais alta do que as células saudáveis. No entanto, até agora as ferramentas disponíveis para testar tais hipóteses não estavam à altura da tarefa. Em um estudo publicado recentemente na
Nano Letters , pesquisadores da Universidade de Osaka e parceiros de colaboração mediram experimentalmente gradientes de temperatura dentro de células humanas e com precisão sem precedentes. Este estudo abrirá novas direções na descoberta de medicamentos e na pesquisa médica.
Muitos pesquisadores suspeitaram que gradientes transitórios de temperatura intracelular têm um efeito mais amplo na saúde humana do que comumente se acredita, mas não conseguiram testar suas hipóteses devido às limitações da tecnologia disponível para eles. "A tecnologia de detecção térmica intracelular atual tem resolução espacial, temporal e de leitura insuficiente para responder a algumas hipóteses médicas de longa data", explica Kai Lu, principal autor, "mas nossa pesquisa muda isso. Nosso nanotermômetro fluorescente geneticamente codificado supera obstáculos técnicos anteriores e ser inestimável para testar tais hipóteses."
O nanotermômetro baseado em proteínas dos pesquisadores é baseado na saída de fluorescência modulada que é sensível a pequenas mudanças de temperatura dentro das células. Sua velocidade de leitura é pelo menos 39 vezes mais rápida do que a tecnologia comparável e mil vezes mais rápida do que um piscar de olhos típico. O nanotermômetro permitiu aos pesquisadores descobrir que a difusão de calor intracelular é mais de 5 vezes mais lenta que a difusão de calor na água. Ele também mostrou que a resolução de leitura é de apenas 0,042 graus Celsius na temperatura fisiológica, que é uma resolução ainda maior do que em uma configuração comparável que é vários milhares de vezes mais lenta.
Fig. 2. Resposta de temperatura de B-gTEMP. (A) Espectro de fluorescência de B-gTEMP em várias temperaturas. mNG:mNeonGreen; tdT:tdTomate. (B) Razão de intensidade de fluorescência de mNG para tdT em resposta à temperatura durante um ciclo de aquecimento e resfriamento. Crédito:Kai Lu et al.
"Testamos a hipótese de que há uma diferença substancial de temperatura entre o núcleo da célula e o citoplasma", diz Takeharu Nagai, autor sênior. "Não encontramos uma diferença significativa, mas as condições de teste que imitam mais de perto a fisiologia típica podem fornecer resultados diferentes".
Fig. 3. Transporte rápido de calor nas células. O calor foi gerado irradiando nanotubos de carbono com um feixe de laser vermelho focado; o calor então se difundiu para a célula HeLa adjacente. Este processo foi capturado em tempo real por imagens de temperatura de kilohertz com B-gTEMP. Crédito:Kai Lu et al.
Existem vários meios de melhorar a funcionalidade do nanotermômetro dos pesquisadores. Uma é melhorar quanto tempo dura sob iluminação microscópica. Outra é a reengenharia para ser sensível à luz vermelha ou infravermelha e, portanto, ser menos prejudicial às células para imagens de longo prazo. Enquanto isso, os pesquisadores agora têm a tecnologia para sondar realisticamente os gradientes de temperatura intracelular e descobrir a fisiologia que sustenta esses gradientes. Talvez com esse conhecimento, as drogas possam um dia ser projetadas para tirar proveito desse aspecto subestimado da fisiologia celular.
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