Spitalul 12 de Octubre și Universitatea Complutense din Madrid participă la o investigație internațională care arată prima hartă termică a unei celule roșii din sânge

Pentru profesorul Francisco Monroy de la UCM, cercetător asociat cu Institutul de Cercetare Spitalul 12 de Octubre i+12 și responsabil pentru experimentele de calorimetrie celulară vii folosind microscopie de ultimă generație, „studiul transcende decenii de explorare în biologia celulară. . . , prezentând prima hartă microscopică a energiei, entropiei și căldurii care sunt produse de o singură celulă la un moment dat.”

Astfel, cercetătorii au măsurat pentru prima dată fluxul de căldură într-o celulă individuală, un proces cunoscut în fizică ca producție de entropie. Entropia este frecvent asociată cu dezordinea și haosul, dar în biologie este strâns legată de eficiența energetică, fiind în legătură directă cu metabolismul și reglarea, adică ansamblul reacțiilor chimice care susțin viața din interiorul celulelor. „A putea caracteriza producția de entropie în sistemele vii este crucială pentru înțelegerea eficienței proceselor de conversie a energiei”, spune profesorul Félix Ritort, un cercetător care a coordonat această colaborare de la Institutul de Nanoștiință și Nanotehnologie al Universității din Barcelona (IN2UB). ).

Descoperirea acestor oameni de știință are implicații profunde pentru înțelegerea metabolismului și a transformării energiei în sistemele vii. „Căldura este un simptom al sănătății celulei, iar descoperirea noastră ar putea deschide o nouă cale pentru a determina starea de sănătate a celulelor și țesuturilor corpului”, conchide Ritort.

Au fost găsite valori ale producției de entropie de 10^{-cincisprezece} calorii pe secundă. „Acestea sunt valori mici la scara umană, cât o miliardime dintr-o calorie pentru fiecare celulă. Cu toate acestea, este o cantitate extraordinară pentru o mașinărie celulară de dimensiuni microscopice care acționează în fiecare moment într-o manieră excelent reglată de la scară moleculară. Cercetarea constituie un progres fundamental în fizica celulei, înțeleasă ca o mașină termică care procesează energie și produce entropie în schimb cu propriul mediu”, spune Monroy.

Cercetătorii acestui consorțiu au determinat producția de entropie prin măsurarea mișcărilor active ale globulelor roșii individuale, numite clipire, și a forțelor mecanice care le provoacă din interiorul celulei și care sunt în relație cu adaptabilitatea lor enormă la fluxul sanguin, în special în vasele mici ale circulației capilare, de exemplu în cortexul frontal al creierului uman, unde există o cerere mare de flux sanguin și nutrienți. Autorii au folosit metode minim invazive in vivo, atât manipularea optică, cât și detectarea forței optice, precum și imagistica celulară rezolvată în timp folosind videomicroscopie ultrarapidă cu rezoluție super-spațială, tehnică în care grupul de la Universitatea Complutense și Spitalul 12 de Octubre He este un pionier.

„Asistăm la nașterea unei noi perspective asupra funcționării celulare în termeni de căldură și forțe: optimă și reglată în condiții fiziologice de sănătate, și alterată, dereglată sau pur și simplu disfuncțională în situații de boală. Aplicațiile de cartografiere a căldurii celulare și producția de entropie vor fi imediate în diagnosticul medical, permițând noi prognoze cantitative și de precizie. Multe altele rămân încă nebănuite în arena terapiilor personalizate, în special în medicina celulară, în special pentru tratarea bolilor metabolice și a cancerului”, conchide Monroy.

DATE DE CERCETARE

Ivan Di Terlizzi de la Universitatea din Padova și Institutul Max Plank și Marta Gironella de la Universitatea din Barcelona și Universitatea din Göteborg, cosemnatari în calitate de primi autori ai articolului. Marco Baiesi de la Universitatea din Padova a condus calculele teoretice. Trei echipe experimentale au efectuat teste experimentale: Small Biosystems Lab condus la Universitatea din Barcelona de grupul lui Félix Ritort, Timo Betz de la Universitatea din Göttingen și grupul condus de Francisco Monroy de la Universitatea Complutense din Madrid și Institutul de Cercetări la Spitalul 12 de Octubre, în colaborare cu Diego Herráez de la Universitatea Francisco de Vitoria din Madrid.

ARTICOL DE REFERINȚĂ

I. Di Terlizzi*, M. Gironella*, D. Herraez-Aguilar, T. Betz, F. Monroy, M. Baiesi și F. Ritort. „Regula sumei variației pentru producția de entropie”. Science Magazine, 1 martie 2024. DOI: 10.1126/science.adh1823