Команда ученых из Университета Осаки, Университета Квинсленда и инженерного факультета Национального университета Сингапура использовала крошечные наноалмазы, покрытые тепловыделяющим полимером, для исследования тепловых свойств клеток. При облучении светом лазера датчики действовали как нагреватели, так и термометры, позволяя вычислять теплопроводность внутренней части ячейки. Эта работа может привести к новому набору термических методов лечения для уничтожения бактерий или раковых клеток.

Несмотря на то, что клетка является фундаментальной единицей всех живых организмов, некоторые физические свойства остаются трудными для изучения in vivo. Например, теплопроводность клетки, а также скорость, с которой тепло может течь через объект, если одна сторона горячая, а другая холодная, оставались загадочными. Этот пробел в наших знаниях важен для таких приложений, как разработка термической терапии, нацеленной на раковые клетки, и для ответа на фундаментальные вопросы о работе клеток.

Теперь команда разработала методику, позволяющую определять теплопроводность внутри живых клеток с пространственным разрешением около 200 Нм. Они создали крошечные алмазы, покрытые полимером, полидопамином, которые излучают как флуоресцентный свет, так и тепло при освещении лазером. Эксперименты показали, что такие частицы нетоксичны и могут быть использованы в живых клетках. Находясь внутри жидкости или клетки, тепло повышает температуру наноалмаза. В средах с высокой теплопроводностью наноалмаз не сильно нагревался, так как тепло уходило быстро, но в среде с низкой теплопроводностью наноалмазы становились горячее. Принципиально важно, что свойства излучаемого света зависят от температуры, поэтому исследовательская группа могла рассчитать скорость теплового потока от датчика к окружающей среде.

Наличие хорошего пространственного разрешения позволяло проводить измерения в разных местах внутри ячеек. "Мы обнаружили, что скорость диффузии тепла в клетках, измеренная гибридными наносенсорами, была в несколько раз медленнее, чем в чистой воде, - увлекательный результат, который все еще ждет исчерпывающего теоретического объяснения и зависит от местоположения", - говорит старший автор исследования Тарас Плахотник.

"В дополнение к улучшению лечения рака на основе тепла, мы думаем, что потенциальное применение этой работы приведет к лучшему пониманию метаболических нарушений, таких как ожирение",-говорит старший автор Мадока Судзуки. Этот инструмент также может быть использован для фундаментальных клеточных исследований, например, для мониторинга биохимических реакций в режиме реального времени.

Статья "in situ измерения внутриклеточной теплопроводности с использованием гибридных алмазных наносенсоров нагревательного термометра" опубликована в журнале Science Advances.

ИСТОЧНИК