Классическая биофизика считала клетку жидкой средой с вязкостью чуть выше воды, где теплопроводность подчиняется тем же законам. Новые результаты показывают, что внутренняя среда клетки — высокоорганизованный материал, который может удерживать тепло. Возможно, механизм связан с гидрофобными взаимодействиями, белковыми сетками или с тем, что клетка не является равновесной системой. Понимание этого механизма может объяснить, почему при некоторых заболеваниях — эпилепсии, воспалении, раке — нарушается температурный гомеостаз на клеточном уровне.

Команда ученых из Токийского университета использовала в своих исследованиях высокоскоростной флуоресцентный микроскоп и специально сконструированный молекулярный термометр. Инфракрасный лазер нагревал крошечную область внутри клетки (митохондрию или участок цитоплазмы), а затем с миллисекундным разрешением отслеживали, как быстро тепло рассеивается. Сравнение проводили с искусственными липосомами — пузырьками того же размера, что и клетки, но не содержащими внутриклеточных структур.

В липосомах, как пишет EurekAlert, тепло распространялось именно так, как предсказывают уравнения теплопроводности: быстро и равномерно. В живых клетках тепло «задерживалось» в месте нагрева, причем скорость остывания зависела от того, какую именно органеллу нагрели и от молекулярного окружения. Разница была настолько велика, что авторы сначала заподозрили артефакт измерений. Но все контрольные эксперименты подтвердили: медленное охлаждение — это реальное свойство внутреннего пространства клетки, а не ошибка прибора.

Еще в 2012 году ученые установили, что спонтанные флуктуации температуры на 1–2 °C не случайны, а коррелируют с биологическими функциями. Тогда это выглядело удивительным, но теперь феномен «нераспространяющейся теплоты» предлагает объяснение этому феномену: если тепло не рассеивается мгновенно, локальный температурный градиент может устойчиво существовать и служить сигналом.

Локальный нагрев может действовать как «переключатель» для температурно-чувствительных ионных каналов, белков теплового шока и ферментов. Если научиться управлять этим сигналом (ускорять или замедлять рассеяние тепла), можно найти новые способы лечения болезней, связанных с нарушением клеточной терморегуляции.

Эксперименты группы ученых из США позволили напрямую проследить, как внутри живых клеток человека запускается воспалительная реакция. Оказалось, что ключевой иммунный механизм устроен не так упорядоченно, как предполагалось.