Nanoparticle-systeem vangt biomarker voor hartziekten op uit bloed voor diepgaande analyse

bloed

Krediet: CC0 publiek domein

Onderzoekers van de Universiteit van Wisconsin-Madison hebben een methode ontwikkeld die plakkerige nanodeeltjes combineert met zeer nauwkeurige eiwitmeting om een ​​veel voorkomende marker van hartaandoeningen vast te leggen en te analyseren om details te onthullen die voorheen niet toegankelijk waren.

De nieuwe methode, een systeem dat bekend staat als nanoproteomics, vangt en meet effectief verschillende vormen van het eiwit cardiaal troponine I, of cTnI, een biomarker van hartbeschadiging die momenteel wordt gebruikt om hartaanvallen en andere hartaandoeningen te diagnosticeren. Een effectieve test van cTnI-variaties zou artsen ooit een beter vermogen kunnen geven om hartaandoeningen te diagnosticeren, de belangrijkste doodsoorzaak in de VS.

UW-Madison hoogleraar cel- en regeneratieve biologie en scheikunde Ying Ge, hoogleraar chemie Song Jin en afgestudeerde scheikundestudenten Timothy Tiambeng en David Roberts leidden het werk, dat op 6 augustus in het tijdschrift werd gepubliceerd Nature Communications. De onderzoekers zijn nu van plan hun nieuwe methode te gebruiken om de verschillende vormen van cTnI te associëren met specifieke hartaandoeningen als stap op weg naar de ontwikkeling van een nieuwe diagnostische test.

Artsen gebruiken momenteel een op antilichamen gebaseerde test genaamd ELISA om hartaanvallen te helpen diagnosticeren op basis van verhoogde cTnI-spiegels in het bloedmonster van de patiënt. Hoewel de ELISA-test gevoelig is, kunnen patiënten hoge cTnI-waarden in het bloed hebben zonder hartaandoeningen te hebben, wat kan leiden tot dure en onnodige behandelingen voor patiënten.

“Dus we willen ons nanoproteomics-systeem gebruiken om meer details van verschillende gemodificeerde vormen van dit eiwit te onderzoeken in plaats van alleen de concentratie ervan te meten”, zegt Ge, die ook directeur is van het Human Proteomics Program in de UW School of Medicine and Public Health. . “Dat zal helpen bij het onthullen van moleculaire vingerafdrukken van cTnI van elke patiënt voor precisiegeneeskunde.”

Het meten van eiwitten met een lage concentratie in het bloed, zoals cTnI, is een klassiek probleem met de naald-in-een-hooiberg. Zeldzame, betekenisvolle biomarkers van ziekten worden volledig overweldigd door gewone en diagnostisch nutteloze eiwitten in het bloed. De huidige methoden gebruiken antilichamen om eiwitten in een complex monster te verrijken en te vangen om eiwitten te identificeren en te kwantificeren. Maar antilichamen zijn duur, hebben variaties van batch tot batch en kunnen inconsistente resultaten opleveren.

Om cTnI op te vangen en enkele van de beperkingen van antilichamen te overwinnen, ontwierpen de onderzoekers nanodeeltjes van magnetiet, een magnetische vorm van ijzeroxide, en koppelden deze aan een peptide van 13 aminozuren lang ontworpen om specifiek te binden aan cTnI. Het peptide wordt in een bloedmonster op cTnI vergrendeld en de nanodeeltjes kunnen samen worden verzameld met behulp van een magneet. Nanodeeltjes en peptiden worden gemakkelijk in het laboratorium gemaakt, waardoor ze goedkoop en consistent zijn.

Met behulp van de nanodeeltjes konden de onderzoekers cTnI effectief verrijken in monsters van menselijk hartweefsel en bloed. Vervolgens gebruikten ze geavanceerde massaspectrometrie, die verschillende eiwitten kan onderscheiden op basis van hun massa, om niet alleen een nauwkeurige meting van cTnI te krijgen, maar ook om de verschillende gemodificeerde vormen van het eiwit te beoordelen.

Net als veel andere eiwitten kan cTnI door het lichaam worden gemodificeerd, afhankelijk van factoren zoals een onderliggende ziekte of veranderingen in de omgeving. In het geval van cTnI voegt het lichaam verschillende aantallen fosfaatgroepen toe, kleine moleculaire tags die de functie van cTnI kunnen veranderen. Deze variaties zijn subtiel en moeilijk te volgen.

“Maar met massaspectrometrie met hoge resolutie kunnen we nu deze moleculaire details van eiwitten ‘zien’, zoals de verborgen ijsberg onder het oppervlak”, zegt Ge.

Tiambeng en Roberts besloten om te testen of ze de verschillende vormen van cTnI konden onderscheiden die in bloedmonsters van patiënten voorkomen. Ze verrijkten bloedserum met eiwitten uit donorharten die normaal, ziek of van een overleden donor waren. Vervolgens gebruikten ze hun nanodeeltjes om cTnI te vangen en maten ze het eiwit met massaspectrometrie.

Zoals gehoopt konden de wetenschappers duidelijk verschillende patronen waarnemen in de typen cTnI die in elk type hartweefsel voorkomen. De gezonde harten hadden bijvoorbeeld de neiging om veel cTnI met meerdere fosfaatgroepen eraan vast te houden, terwijl zieke harten cTnI hadden met minder fosfaat en het postmortale hart cTnI in stukken was gebroken.

Hoewel dit nog steeds een proof-of-concept-studie is en er meer onderzoek nodig zal zijn, is het dit vermogen om een ​​patroon van cTnI-variaties te associëren met hartgezondheid waarvan de onderzoekers hopen dat het op een dag een nieuw diagnostisch hulpmiddel kan produceren om te helpen wanneer patiënten komen het ziekenhuis met een vermoedelijke hartaandoening. De onderzoekers hebben via de Wisconsin Alumni Research Foundation een patentaanvraag op de nieuwe technologie ingediend.

“We denken graag dat een toekomstige bloedtest op basis van ons werk hier een aanvulling zou kunnen zijn op de huidige ELISA-test”, zegt Jin. “In de toekomst, wanneer ELISA een verhoogd cTnI-niveau vertoont, kan uw arts een uitgebreide nanoproteomics-test bestellen om te bepalen of het al dan niet door een hartaandoening wordt veroorzaakt, en om verschillende soorten hartaandoeningen te identificeren, voor een nauwkeurigere behandeling zonder onnodige zorg en kosten voor patiënten “.


Meer informatie:
Timothy N. Tiambeng et al. Nanoproteomics maakt proteoform-opgeloste analyse mogelijk van eiwitten met een lage abundantie in menselijk serum, Nature Communications (2020). DOI: 10.1038 / s41467-020-17643-1

Journal informatie:
Nature Communications

Geleverd door University of Wisconsin-Madison

Nieuwste artikelen

spot_img

Related Stories

Leave A Reply

Vul alstublieft uw commentaar in!
Vul hier uw naam in