En fluorescerande molekyl vars ljusstyrka beror på hur snabbt den kan rotera hjälper forskare att mäta hur trögflytande vätskan är inuti olika delar av en cell.

"Det finns ett stort intresse inom det biofysiska området för att utveckla kemiska sonder som kan användas för att karakterisera miljön inuti en cell eller någon form av biologiskt fack, säger Peter Bond, från A*STAR's Bioinformatics Institute.

Forskare från Storbritannien och Singapore – inklusive A*STAR-forskare som Bonds team som ledde projektets beräkningsarm – har modellerat, utvecklat och testat en molekyl som består av två delar; en genetisk sond utformad för att inhämta vissa proteiner, så det kan riktas till varhelst i en cell det proteinet finns; och en molekylär rotor - en fluorescerande molekyl vars fluorescens varar längre, desto långsammare snurrar den. A*STAR-forskare simulerade hur denna molekyl skulle fungera i olika mikromiljöer på skalor av miljondelar eller till och med miljarddelar av en meter.

Mikroviskositet avser hur trögflytande, eller tjock, vätskan är i vissa delar av en cell. Eftersom cellinnehåll är rörligt i en flytande miljö, mikroviskositet kan ha stor inverkan på hur proteiner och biologiska molekyler interagerar och kommunicerar med varandra. "Dessa proteiner påverkas av interaktioner med varandra, och av lokala skillnader i osmolyter och andra små molekyler, som näringsämnen, " säger Bond.

För att mäta mikroviskositeten inuti en cell, forskarna behövde först förstå dynamiken i hur denna sond kan bete sig i miljöer med olika viskositeter. Använda datorsimuleringar av vätskor, de kunde visa att när lösningens viskositet ökade, sondens rotationshastighet minskade och dess fluorescens förändrades på ett mätbart sätt.

Samtidigt utförde deras kollegor i Storbritannien experiment i celler och fann mycket liknande resultat. Med hjälp av den nyutvecklade mikroviskositetssonden, forskarna kunde studera hur mitokondrier, cellens kraftverk, reagera på miljöförändringar. De fann att det inre av mitokondrier bibehöll stabila viskositetsförhållanden även inför stora förändringar i externa elektrolytkoncentrationer och viskositet.

Mikroviskositet tros spela en viktig roll vid sjukdomar som Alzheimers sjukdom, med bevis som tyder på att mikroviskositeten inuti hjärncellerna kan förändras när sjukdomen fortskrider.

"Om vi ​​kunde förstå faktorer som mikroviskositet, samt förstå grundläggande biologiska mekanismer, vi kan utveckla nya metoder för att behandla sjukdomar, " säger Bond.