Termiska egenskaper hos celler reglerar deras förmåga att lagra, transportera eller byta värme med sin omgivning. Så att få kontroll över dessa egenskaper är av stort intresse för att optimera kryokonservering - processen att frysa och lagra blod eller vävnader, som även används vid transport av organ för transplantationer.

Cellaktivitet påverkar termiska egenskaper, och på vävnadsnivå förklarar detta varför infekterade sår känns varma vid beröring. Cancerceller, särskilt, innehåller en termisk signatur som återspeglar en högre metabolism än friska cellers. Denna funktion är användbar för att gradera tumörer och kan användas för att komplettera klassisk histologisk analys.

Ett team av forskare i Frankrike som arbetar inom detta område undrade om det kunde vara möjligt att utnyttja aktiv termografikamerateknik – bakom mörkerseendeutrustning och värmeavbildning av byggnader – för att skapa ett slags termiskt mikroskop för att producera värmekartor över enstaka celler för att hjälpa dem att förstå cellernas termiska beteende eller gå ett steg ännu längre genom att upptäcka sjuka tillstånd på subcellskala.

Som laget som leds av University of Bordeaux rapporterar i tidskriften Bokstäver i tillämpad fysik , det första steget i deras arbete involverade att odla celler ovanpå en nanometrisk titanskiva. Titan valdes för att det är den huvudsakliga beståndsdelen i benimplantat.

"Vi snabbvärmer titanplåten med bara några grader med en mikrometrisk laserfläck, " förklarade Thomas Dehoux, en forskare vid CNRS, det franska nationella centret för vetenskaplig forskning. "Man kan säga att vi "värmer upp platsen" för att avbilda temperaturvariationerna på arkets undersida. Om det inte finns någon cell på andra sidan, värmen stannar kvar i titanplåten och temperaturen ökar." Omvänt, om det finns en cell på andra sidan kommer den att absorbera värme och skapa en kall plats på arket.

Temperaturvariationerna är ganska små och förekommer på en liten mikronstor fläck - en hundradel av ett människohår - så forskarna kan inte lita på en standardtermometer. Istället, de mäter titanskivans "utbuktning" vid uppvärmning.

Vad exakt letar de efter? "När temperaturen är hög - utan en cell på andra sidan - vidgar metallplåten lokalt och skapar en bula, " sa Dehoux. "När temperaturen sjunker – en cell sonderas – återgår arkets profil till det normala. Vi kan upptäcka denna effekt med en andra laserstråle som avböjs av rörelsen på bottenytan, vilket ger oss oöverträffad känslighet."

Varje del av cellen absorberar värme på olika sätt, tack vare inhomogeniteterna i dess termiska egenskaper. "Detta tillåter oss att se genom metallplåten och producera en värmebild av cellen, " han lade till.

Medan många befintliga modaliteter utnyttjar skillnader i optiska egenskaper för bildceller, de flesta använder fluorescerande markering för att öka kontrasten. Sådana bilder avslöjar cellens struktur och molekylära sammansättning, men ger inga användbara detaljer om dess termiska egenskaper.

Betydelsen av teamets modell är att den ger en bild av en enskild cell med mikrometerupplösning via en kontrast baserad på cellens termiska egenskaper. "Före nu, ingen sådan bild har någonsin producerats – det är som att titta på celler med nattsynsglasögon, " påpekade Dehoux.

När det gäller applikationer, teamet hoppas att deras teknik kan fungera som ett nytt verktyg för att utföra histologisk analys och detektera sjuka celler i prover av patienternas vävnad. "Det kan också avslöja ny information om cellers beteende eftersom vi kommer att kunna observera dem med en ny kontrast, sa Dehoux.

Vad händer härnäst för laget? Eftersom det här är första gången bilder av denna typ produceras, tekniken skulle kunna använda lite mer optimering. "Särskilt, vi vill förbättra dess insamlingstid och känslighet för att möjliggöra observation av celler i realtid, " Dehoux noterade. "Vi skulle också vilja testa effekten av anti-cancerläkemedel på de termiska egenskaperna hos celler för att se om nya termiska strategier kan definieras för att stoppa cancer."