Биомаркер сердечно-сосудистых заболеваний, обнаруженный с помощью новой технологии наночастиц

Источник: Катерина Кон/Science Photo Library/Getty Images

Ученые из Университета Висконсин-Мэдисон (UW-Madison) говорят, что они разработали метод, сочетающий липкие наночастицы с высокоточным измерением белка для захвата и анализа общего маркера сердечно-сосудистых заболеваний, чтобы выявить детали, которые ранее были недоступны.

По словам команды, новый метод — 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 заболеваний сердца. Вариации cTnI однажды могут дать врачам возможность лучше диагностировать болезни сердца, ведущую причину смертности в США.

Университет Висконсина-Мэдисон Ин Ге, доктор философии, профессор клеточной и регенеративной биологии и химии, Сон Джин, доктор философии, профессор химии, а также аспиранты-химики Тимоти Тиамбенг и Дэвид Робертс возглавили исследование «Нанопротеомика позволяет проводить анализ белков с низким содержанием с помощью протеоформ». в человеческой сыворотке», который был опубликован в журнале Nature Communications. Теперь исследователи планируют использовать свой новый метод, чтобы связать различные формы cTnI с конкретными заболеваниями сердца в качестве шага к разработке нового диагностического теста.

«Протеомика на основе нисходящей масс-спектрометрии (МС) обеспечивает комплексный анализ протеоформ для достижения понимания функций белков в масштабах протеома. Однако обнаружение с помощью МС белков с низким содержанием в крови остается нерешенной проблемой из-за чрезвычайной динамики Диапазон протеома крови Здесь мы разрабатываем интегрированный метод нанопротеомики, соединяющий пептид-функционализированные суперпарамагнитные наночастицы (НЧ) с нисходящей МС для обогащения и комплексного анализа сердечного тропонина I (cTnI), золотого стандарта сердечного биомаркера, напрямую из сыворотки", - пишут следователи.

«Эти наночастицы обеспечивают чувствительное обогащение cTnI (<1 нг/мл) с высокой специфичностью и воспроизводимостью, одновременно истощая очень распространенные белки, такие как человеческий сывороточный альбумин (> 1010 больше, чем cTnI). Мы демонстрируем, что нисходящая нанопротеомика может предоставить молекулярные отпечатки пальцев различных протеоформ cTnI с высоким разрешением, чтобы установить взаимосвязь протеоформ и патофизиологии».

«Эта масштабируемая и воспроизводимая стратегия без антител, как правило, может позволить проводить анализ белков с низким содержанием антител непосредственно из сыворотки с разрешением протеоформ, чтобы выявить ранее недостижимые молекулярные детали».

В настоящее время врачи используют тест ELISA на основе антител для диагностики сердечных приступов на основе повышенного уровня cTnI в образце крови пациента. Хотя тест ELISA чувствителен, у пациентов может быть высокий уровень cTnI в крови без сердечно-сосудистых заболеваний, что может привести к дорогостоящему и ненужному лечению для пациентов.

«Поэтому мы хотим использовать нашу систему нанопротеомики для более детального 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 Университета Вашингтона. . «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 «иголки в стоге сена». Редкие, значимые биомаркеры заболеваний полностью подавляются обычными и диагностически бесполезными белками в крови. Современные методы используют антитела для обогащения и захвата белков в сложном образце для идентификации и количественного определения белков. Но антитела дороги, имеют различия 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 прикрепляется к 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.