Ontwikkelde microdeeltjes nabootsen van biologische structuren om eiwitafbraak te volgen

FAMU-FSU College of Engineering Researchers hebben een nieuwe methode gecreëerd voor het bestuderen van eiwitafbraak in immuuncellen die ontwikkelde microdeeltjes gebruikt om afbraakprocessen effectiever te volgen en te analyseren dan traditionele methoden.

Het werk, dat was gepubliceerd in ACS -toegepaste materialen en interfacesheeft belangrijke implicaties voor de behandeling van ziekten zoals kanker, de ziekte van Alzheimer en auto -immuunaandoeningen.

“Er is veel dat we nog steeds niet weten over hoe cellen weefselafval innemen en elimineren-het proces van fagocytose,” zei Jingjiao Guan, een professor bij de afdeling chemische en biomedische engineering en een papieren co-auteur. “Door deze studie hopen we een nieuw hulpmiddel te bieden om wetenschappers te helpen dit proces beter te begrijpen.”

Deze studie richt zich op het begrijpen van hoe eiwitten en peptiden afbreken in fagosomen – gespecialiseerde compartimenten in immuuncellen die verantwoordelijk zijn voor het afbreken van overgingende vreemde deeltjes of dode cellen. Ondanks de cruciale rol van fagosomen in talloze immuunresponsen, zijn de exacte mechanismen van hoe eiwitten en peptiden erin afbreken, onduidelijk zijn gebleven.

De benadering ontwikkeld door Guan’s lab maakt gebruik van gemanipuleerde deeltjes met fluorescerende markers waarmee onderzoekers hun afbraak en formatie kunnen observeren in van fagosoom afgeleide blaasjes of PDV’s. Deze methode biedt een realtime weergave van hoe immuuncellen eiwitten en peptiden verwerken, en biedt waardevolle inzichten in de functie en disfunctie van het immuunsysteem.

Hoe het werkt

Wetenschappers hebben traditioneel fagocytose bestudeerd door kleine plastic en silicaralen te gebruiken die zijn bedekt met eiwitten of peptiden.

Hoewel deze op kralen gebaseerde methoden nuttig zijn, hebben ze enkele beperkingen. Elke kraal kan slechts een enkele laag eiwit of peptide erop hebben, en de kralen zelf doen niet veel verder dan het dienen als een oppervlak voor het eiwit.

De primaire innovatie ontwikkeld door het lab van Guan was het ontwikkelen van microdeeltjes die natuurlijke biologische structuren nabootsen.

Deze gemanipuleerde deeltjes kunnen een of meer soorten eiwitten of peptiden samen met andere materialen in een goed gedefinieerde gelaagde structuur opnemen, waardoor ze bijzonder waardevol zijn voor het nabootsen van de complexe samenstelling en structuur van echte deeltjes.

Het team gebruikte geavanceerde microfabricatietechnieken om eiwitten en peptiden te combineren met het polymeer poly (N-isopropylacrylamide) of pnipam, in microdeeltjes. Dit polymeer vertoont unieke responsieve eigenschappen, waardoor het een ideaal hulpmiddel is voor het volgen en regelen van microdeeltjesactiviteit onder verschillende omstandigheden zoals temperatuur.

Met de benadering van Guan kan microdeeltjes worden overspoeld en verwerkt door immuuncellen, wat een uniek model biedt voor het bestuderen van cellulaire afbraakmechanismen.

Dit onderzoek heeft belangrijke implicaties voor het medische gebied, met name bij het begrijpen van gedrag van het immuunsysteem bij ziekten zoals kanker, letsels van ruggenmerg en neurodegeneratieve aandoeningen zoals Alzheimer. Door een nieuwe methode aan te tonen om eiwitafbraak in immuuncellen te analyseren, maakt de studie van Guan de weg vrij voor diepere verkenning van immuunresponsen en potentiële therapeutische strategieën.

“Weten waar eiwitten naartoe gaan en hoeveel ze worden afgebroken wanneer ze fagocytose binnen cellen ondergaan, is de sleutel tot het begrijpen van dit proces,” zei Guan.

Een van de meest veelbelovende aspecten van het onderzoek is de potentiële toepassing van de ziekte van Alzheimer. De volgende fase van het team omvat het onderzoeken van de afbraak van het amyloïde beta -peptide, een eiwit geassocieerd met Alzheimer, met behulp van hun gemanipuleerde microdeeltjes. Dit kan nieuwe inzichten bieden in de progressie van de ziekte en het identificeren van doelen voor therapeutische interventie.

Interdisciplinaire samenwerking en toekomstige toepassingen

Onderzoekers van het FAMU-FSU College of Engineering werkten voor deze studie samen bij het FSU College of Medicine.

“Samenwerken met Dr. Guan is een opwindende kans geweest om engineering en medicijnen te overbruggen”, zegt Yi Ren, professor aan het College of Medicine en Paper co-auteur. “Deze innovatieve benadering van het bestuderen van immuuncelgedrag is een belangrijke stap om ziektemechanismen op een dieper niveau te begrijpen.”

Guan en zijn team vragen subsidies aan om hun onderzoek te bevorderen en hun studie van microdeeltoepassingen in immuunsysteemgerelateerde ziekten uit te breiden.

De deeltjes kunnen worden gebruikt met elk eiwit of peptide dat kan worden gezuiverd en opgelost in water, waardoor ze nuttige hulpmiddelen zijn om allerlei biologische materialen te bestuderen. Er is geen uitgebreide studie geweest waarin verschillende soorten immuuncellen verschillende eiwitten en peptiden in fagosomen afbreken, iets dat nu mogelijk is met dit ontwikkelde microdeeltje.

Door hun technieken te verfijnen en aanvullende toepassingen te verkennen, hopen de onderzoekers bij te dragen aan de ontwikkeling van de behandeling voor meer immuun- en neurodegeneratieve aandoeningen.

“Samenvattend met Dr. Guan is een ongelooflijk lonende ervaring geweest”, zei papieren co-auteur en promovendus Masahiro Fukuda. “Onze studie biedt nieuwe inzichten die het potentieel hebben om te transformeren hoe we verschillende ziekten begrijpen en behandelen.”