Автор AZoNano 7 августа 2020 г.

Исследователи из Университета Висконсин-Мэдисон разработали метод, объединяющий липкие наночастицы с высокоточным измерением белка, чтобы уловить и проанализировать общий маркер сердечных заболеваний, чтобы выявить детали, которые ранее были недоступны.

Новый метод, система, известная как нанопротеомика, эффективно улавливает и измеряет различные формы белка сердечного тропонина I, или cTnI, биомаркера повреждения сердца, который в настоящее время используется для диагностики сердечных приступов и других сердечных заболеваний. Эффективный тест вариаций cTnI может однажды предоставить врачам лучшие возможности для диагностики сердечных заболеваний, основной причины смерти в США

UW-Мэдисон профессор клеточной и регенеративной биологии и химии Ин Гэ, профессор химии Сун Цзинь и аспиранты химии Тимоти Тиамбенг и Дэвид Робертс руководили работой, которая была опубликована 6 августа в журнале Nature Communications . Теперь исследователи планируют использовать свой новый метод, чтобы связать различные формы cTnI с конкретными сердечными заболеваниями в качестве шага к разработке нового диагностического теста.

В настоящее время врачи используют тест на основе антител под названием ELISA, чтобы помочь диагностировать сердечные приступы на основании повышенных уровней cTnI в образце крови пациента. Хотя тест ELISA чувствителен, пациенты могут иметь высокие уровни cTnI в крови без сердечных заболеваний, что может привести к дорогостоящему и ненужному лечению пациентов.

«Таким образом, мы хотим использовать нашу систему нанопротеомики для более подробного изучения различных модифицированных форм этого белка, а не просто для измерения его концентрации», – говорит Ге, который также является директором Программы протеомики человека. в Школе медицины и общественного здравоохранения UW . «Это поможет выявить молекулярные отпечатки cTnI у каждого пациента для точной медицины».

Измерение белков с низкой концентрацией в крови, таких как cTnI, является классической проблемой «иголка в стоге сена». Редкие значимые биомаркеры болезни полностью подавляются обычными и диагностически бесполезными белками крови. В современных методах используются антитела для обогащения и захвата белков в сложном образце для идентификации и количественного определения белков. Но антитела дороги, могут варьироваться от партии к партии и могут давать противоречивые результаты.

Чтобы захватить cTnI и преодолеть некоторые ограничения антител, исследователи разработали наночастицы магнетита, магнитной формы оксида железа, и связали их с пептидом из 13 аминокислот, предназначенным для специфического связывания с cTnI. Пептид фиксируется на cTnI в образце крови, и наночастицы можно собрать вместе с помощью магнита. Наночастицы и пептиды легко изготавливаются в лаборатории, что делает их дешевыми и стабильными.

Используя наночастицы, исследователи смогли эффективно обогатить cTnI в образцах сердечной ткани и крови человека. Затем они использовали передовую масс-спектрометрию, которая может различать разные белки по их массе, чтобы не только получить точное измерение cTnI, но и оценить различные модифицированные формы белка.

Как и многие белки, cTnI может изменяться организмом в зависимости от таких факторов, как основное заболевание или изменения в окружающей среде. В случае cTnI организм добавляет различное количество фосфатных групп, небольших молекулярных меток, которые могут изменить функцию cTnI. Эти вариации незаметны, и их трудно отследить.

«Но с помощью масс-спектрометрии с высоким разрешением мы теперь можем« видеть »эти молекулярные детали белков, такие как скрытый айсберг под поверхностью», говорит Ge.

Тиамбенг и Робертс решили проверить, могут ли они различать различные формы cTnI, которые можно найти в образцах крови пациентов. Они наполнили сыворотку крови белками нормального, больного или мертвого донора. Затем они использовали свои наночастицы для захвата cTnI и измерили белок с помощью масс-спектрометрии.

Как и предполагалось, ученые могли наблюдать четко разные закономерности в типах cTnI, преобладающих в каждом типе сердечной ткани. Например, в здоровых сердцах было много cTnI с несколькими присоединенными фосфатными группами, в то время как в больных сердцах были cTnI с меньшим содержанием фосфата, а в посмертном сердце cTnI был разбит на части.

Хотя это все еще является доказательством концепции и потребуются дополнительные исследования, именно эта способность связывать паттерн вариаций cTnI со здоровьем сердца, как надеются исследователи, однажды сможет создать новый диагностический инструмент, который поможет, когда пациенты обращаются в больницу с подозрением на болезнь сердца. Исследователи подали заявку на патент на новую технологию через Исследовательский фонд выпускников Висконсина

«Нам нравится думать, что будущий анализ крови, основанный на нашей работе, может быть дополнением к текущему тесту ELISA», – говорит Джин. «В будущем, когда ELISA покажет повышенный уровень cTnI, ваш врач может назначить комплексный нанопротеомический тест, чтобы определить, вызвано ли оно сердечным заболеванием или нет, и определить различные типы сердечных заболеваний для более точного лечения, избегая ненужный уход и расходы для пациентов ».

Эта работа была поддержана Национальными институтами здравоохранения (гранты R01 GM117058, R01 GM125085, R01 HL096971, S10 OD018475, T32GM008505, T32 HL007936-19).

Источник: https://www.wisc.edu/