Cercetătorii de la Universitatea din Tokyo descoperă proprietăți neașteptate de retenție termică în interiorul celulei
Celulele vii se răcesc mult mai lent decât ar putea explica înțelegerea noastră actuală a conducerii căldurii, conform unor cercetări recente efectuate de Universitatea din Tokyo.
Cercetătorii au utilizat două tehnici – cartografierea temperaturii la viteze mari și încălzirea artificială – pentru a observa cum căldura se disipă din celulele vii și din saci artificiali de dimensiuni similare, umpluți cu fluid (liposome).
Deși căldura s-a dispersat rapid din liposomele artificiale, celulele s-au răcit semnificativ mai lent din cauza altor biomolecule din interiorul acestora. Înțelegerea acestui proces de disipare lentă a căldurii în celule ar putea influența modul în care tratăm afecțiunile legate de modificările temperaturii corpului, cum ar fi epilepsia, inflamația și cancerul.
Te întrebi dacă ești mai mereu în căldură sau mai degrabă calm ca un castravete? Temperatura ta internă este un produs secundar al tuturor activităților pe care celulele tale le desfășoară pentru a te menține în viață, mobil și prosper. Recent, cercetătorii au descoperit că generarea spontană de căldură în celulele noastre, care poate varia cu 1-2 grade Celsius, joacă un rol important în stimularea unor activități și funcții celulare esențiale.
Până acum, aceste activități includ transformarea celulelor stem neuronale în neuroni și răspunsul la stres termic, care protejează celulele afectate de daune. Deoarece celulele noastre sunt saci de fluid, în mare parte gelatinoase, nu este nerezonabil să ne gândim că căldura generată ar urma legile fizicii tipice care se aplică tuturor fluidelor.
Cu toate acestea, o lucrare publicată în 2012 a oferit prima hartă a distribuției temperaturii într-o celulă, împreună cu o revelație surprinzătoare.
„Rezultatele noastre au arătat o diferență uriașă între „legile fizicii” și „realitatea vieții” în ceea ce privește modul în care temperatura se schimbă într-o celulă. Ne-am simțit determinați să rezolvăm această contradicție și am descoperit acum că celulele sunt medii extrem de specializate care gestionează căldura într-un mod foarte unic”, a declarat Kohki Okabe, autor principal al studiului și profesor asociat la Școala de Științe Farmaceutice, Universitatea din Tokyo.
În cadrul studiului, echipa a folosit un microscop ultrasensibil (denumit microscop de imagistică a duratei de viață a fluorescenței de mare viteză), împreună cu un termometru personalizat pentru a cartografia modificările de temperatură în detaliu, în timp real. După ce au încălzit o parte a unei celule cu un laser infraroșu, au monitorizat procesul de răcire cu precizie de milisecunde.
Același tip de teste a fost efectuat pe liposome, saci de fluid asemănători celulelor. Apoi, cercetătorii au comparat modificările de temperatură din interiorul celulelor și liposomelor cu predicțiile bazate pe modele.
Conform fizicii convenționale, căldura ar trebui să se disperseze rapid dintr-un fluid, lucru care s-a întâmplat conform așteptărilor în cazul liposomelor. Totuși, în interiorul unei celule, căldura tindea să „rămână pe loc”. Dispersia a fost nu doar lentă, ci a depins și de locul din interiorul celulei care a fost încălzit și de moleculele din jur. Din observațiile lor, cercetătorii au concluzionat că ritmul lent de schimbare era o proprietate intrinsecă a celulelor și nu un efect secundar al metodei de cercetare.
„Fenomenul „căldurii non-dispersive” este atât de fără precedent încât nu ne-am putut baza pe manualele existente pentru a descifra mecanismul fizic din spatele a ceea ce am observat. Acest fenomen răstoarnă complet înțelegerea noastră convențională”, a afirmat Kohki Okabe.
Următorul pas pentru cercetători este să aprofundeze mecanismele din spatele acestui transfer lent de căldură. „Credem că această căldură prinsă nu este doar un deșeu; ea acționează ca o sursă concentrată de energie care alimentează funcțiile celulare”, a explicat Okabe. „Prin redefinirea căldurii ca un „semnal activ” pe care celulele îl folosesc pentru a se controla, mai degrabă decât doar ca un produs secundar, sperăm să descoperim noi modalități de a înțelege viața și de a dezvolta tratamente medicale inovatoare.”
