Автор AZoNano 7 августа 2020 года

]

Новый метод, разработанный учеными из Университета Висконсин-Мэдисон (UW-Madison), объединяет высокоточное измерение белка с помощью липких наночастиц для захвата и изучения общего маркера, связанного с сердечными заболеваниями, с выявлением деталей, которые не были доступный ранее.

Новый метод, получивший название «нанопротеомика», позволяет эффективно регистрировать и количественно определять многочисленные формы белка, известные как сердечный тропонин I, или сокращенно cTnI. Этот биомаркер сердечного поражения используется для диагностики различных сердечных заболеваний, включая сердечные приступы.

Эффективный тест, который обнаруживает изменения в белке cTnI, однажды может предоставить врачам лучший потенциал для выявления сердечных заболеваний, которые, как известно, являются основной причиной смерти в Соединенных Штатах.

Исследование возглавил Инь Ге, профессор клеточной и регенеративной биологии и химии из UW-Madison; Сон Цзинь, профессор химии; Тимоти Тиамбенг и Дэвид Робертс, аспиранты по химии. Исследование было опубликовано в журнале Nature Communications 6 августа 2020 г.

Теперь команда планирует применить новую технику для корреляции многочисленных форм белка cTnI с некоторыми сердечными заболеваниями для продвижения разработки инновационных диагностических тестов.

Тест на основе антител, известный как ELISA, используется врачами для выявления сердечных приступов на основе повышенных конкатенаций белка cTnI в образце крови пациента.

Хотя тест ELISA чувствителен, люди могут иметь повышенные уровни белка cTnI в крови, даже если они не страдают сердечными заболеваниями. Это может привести к нежелательному и дорогостоящему лечению пациентов.

Итак, мы хотим использовать нашу систему нанопротеомики для более подробного изучения различных модифицированных форм этого белка, а не просто для измерения его концентрации. Это поможет выявить молекулярные отпечатки cTnI у каждого пациента для точной медицины .

Инь Ге, профессор кафедры клеточной и регенеративной биологии и химии, Университет Висконсина в Мэдисоне

Профессор Ге также является директором программы по протеомике человека в Школе медицины и общественного здравоохранения UW.

Количественное определение низких уровней белков, таких как cTnI, в крови представляет собой традиционную проблему «иголки в стоге сена». Значимые и редкие биомаркеры болезни полностью подавлены диагностически бесполезными и общими белками, обнаруженными в крови.

Антитела используются современными методами как для обогащения, так и для улавливания белков в сложном образце для их обнаружения и измерения. Но антитела отличаются от партии к партии, стоят дорого и могут привести к ненадежным результатам.

Таким образом, чтобы захватить белок cTnI и устранить некоторые ограничения, связанные с антителами, команда разработала наночастицы магнетита, то есть магнитную форму оксида железа. Они соединили эти наночастицы с пептидом из 13 аминокислот, который был разработан намного раньше для специфического связывания с белком cTnI.

Когда пептид связывается с белком cTnI в образце крови, наночастицы можно собрать вместе с помощью магнита. Пептиды и наночастицы легко производятся в лаборатории, что делает их стабильными и экономичными.

Применяя наночастицы, исследовательская группа успешно обогатила белок cTnI в образцах тканей и крови людей. Впоследствии они применили сложную масс-спектрометрию, которая способна различать различные формы белков по их массе, для достижения точного измерения белка cTnI, а также для оценки многочисленных измененных форм белка.

Белок cTnI, как и несколько белков, может изменяться организмом на основании таких факторов, как изменения окружающей среды или лежащее в основе заболевание. Что касается белка cTnI, в организме добавляется множество фосфатных групп – крошечных молекулярных меток, которые могут изменить роль белка cTnI. Такие различия незначительны, и их трудно контролировать.

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

Инь Ге, профессор кафедры клеточной и регенеративной биологии и химии, Университет Висконсина в Мэдисоне

Тиамбенг и Робертс решили проверить, можно ли различить многочисленные формы белка cTnI, присутствующие в образцах крови пациентов.

Таким образом, они добавили в сыворотку крови белки, полученные из сердца донора, которое было больным и нормальным, или полученное от мертвого донора. Затем они применили наночастицы для захвата белка cTnI и количественно оценили белок с помощью масс-спектрометрии.

Как и ожидалось, исследователи смогли четко визуализировать различные паттерны типов cTnI, преобладающих в каждом типе сердечной ткани. Они наблюдали, что здоровые сердца содержали много белка cTnI с многочисленными присоединенными группами фосфатов, например, в то время как больные сердца имели cTnI, в которых было меньше фосфатных групп. В посмертном сердце белок cTnI был разбит на фрагменты.

Хотя исследование все еще является подтверждением концепции и потребуются дополнительные исследования, исследователи полагают, что этот потенциал для корреляции характера изменений cTnI со здоровьем сердца может однажды привести к новому диагностическому инструменту, который поможет пациентам, которые посетить больницу с подозрением на болезнь сердца.

Теперь команда подала заявку на патент на новую технологию через Wisconsin Alumni Research Foundation.

Нам нравится думать, что будущий анализ крови, основанный на нашей работе, может быть дополнением к текущему тесту ELISA. 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 при этом ненужного ухода и затрат. для пациентов .

Сон Джин, профессор химии, Университет Висконсин-Мэдисон

Исследование финансировалось Национальными институтами здравоохранения (гранты R01 GM117058, R01 GM125085, R01 HL096971, S10 OD018475, T32GM008505 и T32 HL007936-19).

Ссылка на журнал:

Тиамбенг, Т. Н., и др. . (2020) Нанопротеомика позволяет проводить анализ белков с низким содержанием в сыворотке крови человека с разрешением протеоформ. Nature Communications . doi.org/10.1038/s41467-020-17643-1.

Источник: https://www.wisc.edu/[19459008impression