Pesquisadores da Universidade Martin Luther Halle-Wittenberg (MLU) e do Instituto Helmholtz em Jena mediram com sucesso a produção de calor localmente em células vivas usando termômetros de tamanho nanométrico. Usando um novo método de medição altamente sensível, eles foram capazes de medir direta e sem contato a temperatura em pontos específicos da membrana celular das células humanas. Este método revela diferenças de temperatura anteriormente não observadas dentro das células, o que desempenha um papel em muitos processos celulares. A equipa de investigadores, liderada pelo físico experimental Professor Jörg Enderlein, espera que isto lhes proporcione uma melhor compreensão de certas formas de cancro. Os pesquisadores publicaram suas descobertas na revista científica "Nature Nanotechnology".

As proteínas são biomoléculas importantes que controlam quase todos os processos celulares. Estas nanomáquinas realizam as suas tarefas específicas em determinadas posições dentro da membrana celular, onde cumprem tarefas importantes, como controlar a troca de substâncias com o mundo exterior. As proteínas produzem pequenas quantidades de calor ao realizar essas tarefas, que podem ser medidas usando termômetros pequenos e apropriados nas proximidades das moléculas.

“O desafio é que as taxas de fluxo de calor que ocorrem aqui são extremamente baixas, o que tornou quase impossíveis tais medições de temperatura local em células vivas”, explica Jörg Enderlein. Com o seu novo processo de medição, os investigadores conseguiram superar este desafio e, pela primeira vez, fazer uma medição direta da produção de calor numa membrana celular tal como ocorre naturalmente.

Eles anexaram nanossondas a moléculas dentro da membrana celular. Essas nanossondas, com apenas alguns bilionésimos de metro de tamanho, atuam como termômetros em miniatura que medem as mudanças de temperatura usando um corante fluorescente. “Para visualizar essas sondas, usamos microscopia de super-resolução”, diz o candidato a doutorado Christoph Rau, principal autor do estudo. Isto permite que as flutuações de posição e temperatura das sondas sejam determinadas com precisão na célula.

A equipe de pesquisadores descobriu que a temperatura flutua consideravelmente em pontos específicos da membrana celular, com diferenças mesmo dentro de alguns bilionésimos de metro, à medida que uma molécula de bomba de prótons realiza suas tarefas (uma proteína de membrana que transporta prótons através da membrana celular). “Pela primeira vez, conseguimos a visualização e quantificação específicas da localização da dissipação de calor de proteínas de membrana individuais em células vivas”, explica Rau.

Com seus métodos de medição altamente sensíveis, os pesquisadores de Halle podem medir a temperatura em um volume mil vezes menor do que uma única célula. Um benefício potencial disso é a capacidade de detectar sinais muito precoces de câncer. “Em muitos tipos de câncer, a função das proteínas da membrana é alterada, o que leva a mudanças no perfil de produção de calor na membrana celular. Isso torna concebível o uso da nanotermometria como base para um novo método de imagem para diagnóstico de câncer no futuro. ", diz Jörg Enderlein.