Biomarcatore per le malattie cardiache catturato dalla nuova tecnologia delle nanoparticelle

Fonte: Kateryna Kon/Science Photo Library/Getty Images

Gli scienziati dell'Università del Wisconsin-Madison (UW-Madison) affermano di aver sviluppato una tecnica che combina nanoparticelle appiccicose con misurazione delle proteine ​​ad alta precisione per catturare e analizzare un marcatore comune di malattie cardiache per rivelare dettagli precedentemente inaccessibili.

Il nuovo metodo, la nanoproteomica, cattura e misura efficacemente varie forme della proteina cardiaca troponina I, o cTnI, un biomarcatore di danno cardiaco attualmente utilizzato per aiutare a diagnosticare attacchi di cuore e altre malattie cardiache, secondo il team che sostiene che un test efficace di Le variazioni del cTnI potrebbero un giorno fornire ai medici una migliore capacità di diagnosticare le malattie cardiache, la principale causa di morte negli Stati Uniti

UW-Madison Ying Ge, PhD, professore di biologia e chimica cellulare e rigenerativa, Song Jin, PhD, professore di chimica e gli studenti laureati in chimica Timothy Tiambeng e David Roberts hanno condotto lo studio "La nanoproteomica consente l'analisi risolta in proteoforma di proteine ​​a bassa abbondanza nel siero umano", pubblicato su Nature Communications. I ricercatori ora intendono utilizzare il loro nuovo metodo per associare le varie forme di cTnI a specifiche malattie cardiache come passo verso lo sviluppo di un nuovo test diagnostico.

"La proteomica basata sulla spettrometria di massa top-down (MS) fornisce un'analisi completa delle proteoforme per ottenere una comprensione a livello di proteoma delle funzioni proteiche. Tuttavia, il rilevamento MS di proteine ​​a bassa abbondanza dal sangue rimane una sfida irrisolta a causa della straordinaria dinamica gamma del proteoma del sangue. Qui, sviluppiamo un metodo di nanoproteomica integrato che accoppia nanoparticelle superparamagnetiche (NP) funzionalizzate con peptidi con MS top-down per l'arricchimento e l'analisi completa della troponina cardiaca I (cTnI), un biomarcatore cardiaco gold-standard, direttamente dal siero", scrivono gli investigatori.

"Queste NP consentono l'arricchimento sensibile di cTnI (<1 ng/mL) con elevata specificità e riproducibilità, riducendo contemporaneamente proteine ​​altamente abbondanti come l'albumina sierica umana (>1010 più abbondante di cTnI). Dimostriamo che la nanoproteomica top-down può fornire impronte molecolari risolte in proteoforma ad alta risoluzione di diverse proteoforme cTnI per stabilire relazioni proteoforma-patofisiologiche."

"Questa strategia scalabile e riproducibile priva di anticorpi può generalmente consentire l'analisi risolta con proteoformi di proteine ​​a bassa abbondanza direttamente dal siero per rivelare dettagli molecolari precedentemente irraggiungibili."

I medici attualmente utilizzano un test ELISA basato su anticorpi per diagnosticare gli attacchi di cuore in base a livelli elevati di cTnI nel campione di sangue del paziente. Sebbene il test ELISA sia sensibile, i pazienti possono avere livelli elevati di cTnI nel sangue senza avere malattie cardiache, il che può portare a trattamenti costosi e non necessari per i pazienti.

"Quindi vogliamo utilizzare il nostro sistema di nanoproteomica per esaminare più in dettaglio le varie forme modificate di questa proteina piuttosto che limitarci a misurarne la concentrazione", afferma Ge, che è anche direttore del Programma di proteomica umana presso la Scuola di Medicina e Salute Pubblica dell'UW. . "Ciò aiuterà a rivelare le impronte molecolari della cTnI di ciascun paziente per la medicina di precisione."

Misurare le proteine ​​a bassa concentrazione nel sangue come la cTnI è un classico problema dell’ago nel pagliaio. I biomarcatori rari e significativi della malattia sono completamente sopraffatti dalle proteine ​​comuni e inutili dal punto di vista diagnostico nel sangue. I metodi attuali utilizzano anticorpi per arricchire e catturare le proteine ​​in un campione complesso per identificare e quantificare le proteine. Ma gli anticorpi sono costosi, presentano variazioni da lotto a lotto e possono generare risultati incoerenti.

Per catturare la cTnI e superare alcuni limiti degli anticorpi, i ricercatori hanno progettato nanoparticelle di magnetite, una forma magnetica di ossido di ferro, e l'hanno collegata a un peptide di 13 amminoacidi progettato da tempo per legarsi specificamente alla cTnI. Il peptide si aggancia alla cTnI in un campione di sangue e le nanoparticelle possono essere raccolte insieme utilizzando un magnete. Nanoparticelle e peptidi possono essere facilmente prodotti in laboratorio, il che li rende economici e coerenti.