Измерение теплопроводности клеток поставило под сомнение ряд теорий

Скорость распространения тепла внутри клеток измерили ученые Квинслендского университета в исследовании, результаты которого опубликованы 15 января в журнале Science Advances.

Для измерений были использованы миниатюрные термометры на основе наноалмазов — микроскопических кристаллов углерода, структурно напоминающих природные алмазы. Свойства наноалмазов позволяют применять их как основу для квантовых ячеек памяти, сверхчувствительных сенсоров и прочих приспособлений.

Применять наноалмазы для измерения температуры живых клеток ученые Квинслендского университета научились несколько лет назад. Тогда благодаря наноалмазам удалось выделить наиболее горячие участки клеток и выяснить, что температура клетки сильно разнится на разных ее участках. Данный факт вошел в противоречие с рядом теорий о жизнедеятельности клеток и потому породил дискуссии в научном сообществе.

Именно в попытке преодолеть противоречия группа ученых Квинслендского университета во главе с доцентом Тарасом Плахотником предприняла новое исследование, в котором с помощью наноалмазов проводилось одновременное измерение температуры разных участков одних и тех же клеток. Цель исследования состояла в выяснении скорости распространения тепла по клеткам человека.

Специально изготовленные наноалмазы, покрытые тонким слоем полидофамина (полимера, способного поглощать свет лазера и преобразовать его в тепло, а также другие формы излучения), вводили в отдельные раковые клетки. Затем введенные наноалмазы начинали поочередно подсвечивать, одновременно замеряя скорость их охлаждения.

В результате стало ясно, что цитоплазма клетки в разных областях проводила тепло с разной скоростью, при этом теплопроводность всей клетки в целом в несколько раз уступала теплопроводности чистой воды. В среднем же теплопроводность клетки оказалась на уровне минерального масла, а иногда достигала лишь значений, обычных для воздуха и других сред с почти отсутствующей теплопроводностью.

Плахотник сделал вывод, что существующие на сегодняшний день теории о физических и химических свойствах цитоплазмы клеток не подразумевали подобных результатов, что усиливает сомнения в их достоверности.

Физики намерены понять причины изменчивости теплопроводности клеток через дальнейшее наблюдение за распространением тепла в конкретных органеллах.