Kanker laat in een vroeg stadium schaarse chemische hints van zijn aanwezigheid vallen, maar helaas, velen van hen bevinden zich in een klasse van biochemicaliën die niet grondig konden worden gedetecteerd, tot nu.

Onderzoekers van het Georgia Institute of Technology hebben een chemische val ontwikkeld die uitputtend de zogenaamde glycoproteïnen vangt, inclusief minuscule sporen die eerder aan detectie zijn ontsnapt.

Glycoproteïnen zijn eiwitmoleculen gebonden met suikermoleculen, en ze zijn heel gewoon in alle levende wezens. Glycoproteïnen zijn er in talloze variëteiten en maten en vormen belangrijke celstructuren zoals celreceptoren. Ze dwalen ook door ons lichaam in afscheidingen zoals slijm of hormonen.

Maar sommige glycoproteïnen zijn zeer, zeer zeldzaam en kan als vroeg signaal dienen, of biomarker, wat aangeeft dat er iets mis is in het lichaam, zoals kanker. Bestaande methoden om glycoproteïnen binnen te halen voor laboratoriumonderzoek zijn relatief nieuw en hebben grote gaten in hun netten gehad, zoveel van deze moleculen, vooral die zeer zeldzame, hebben de neiging om voorbij te glippen.

Kankersporen

"Deze kleine sporen zijn van cruciaal belang voor vroege detectie van ziekten, " zei hoofdonderzoeker Ronghu Wu, een professor in de School of Chemistry and Biochemistry van Georgia Tech. "Als kanker net begint, afwijkende glycoproteïnen worden geproduceerd en uitgescheiden in lichaamsvloeistoffen zoals bloed en urine. Vaak is hun overvloed extreem laag, maar ze te vangen is dringend."

Deze nieuwe chemische val, waarvoor chemici van Georgia Tech verschillende jaren nodig hadden om zich te ontwikkelen en is gebaseerd op een boorzuur, is uiterst effectief gebleken in laboratoriumtests, inclusief op gekweekte menselijke cellen en muizenweefselmonsters.

"Deze methode is zeer universeel, " zei eerste auteur Haopeng Xiao, een afstudeeronderzoeksassistent. "We komen over 1, 000 glycoproteïnen in een heel klein laboratoriummonster."

In vergelijkingstests met bestaande methoden, de chemische val, een complexe moleculaire constructie die doet denken aan een octopus, exponentieel meer glycoproteïnen gevangen, vooral meer van die sporen glycoproteïnen.

Wu, Xiao en Weixuan Chen, een voormalig postdoctoraal onderzoeker van Georgia Tech, die ook de eerste auteur van de studie was, publiceerden hun resultaten in het tijdschrift Nature Communications. Het onderzoek werd gefinancierd door de National Science Foundation en de National Institutes of Health.

Boronische bundels

Voor scheikundefreaks, hier is een korte samenvatting van hoe de onderzoekers de octopus maakten. Ze namen een goede zaak en verdubbelden en verdrievoudigden daarop.

Degenen die zich de scheikundeles op de middelbare school herinneren, weten misschien nog wat boorzuur is, net als mensen die het gebruiken om kakkerlakken te doden. De chemische structuur is een booratoom gebonden met drie hydroxylgroepen (H3BO3).

Boronzuren zijn een familie van organische verbindingen die voortbouwen op boorzuur. Er zijn veel leden van de boorzuurfamilie, en ze hebben de neiging om goed te binden met glycoproteïnen, maar hun banden kunnen minder betrouwbaar zijn dan nodig.

"De meeste boronzuren laten te veel laag-overvloedige glycoproteïnen ontsnappen, Wu zei. "Ze kunnen glycoproteïnen vangen die in grote hoeveelheden aanwezig zijn, maar niet die in lage overvloed, degenen die ons waardevollere dingen vertellen over celontwikkeling of over menselijke ziekten."

Benzoboroxol octopus

Maar de chemici van Georgia Tech waren in staat om de sterke punten van boorzuren te benutten om een ​​glycoproteïne-invangmethode te ontwikkelen die uitzonderlijk goed werkt.

Eerst, ze testten verschillende derivaten van boorzuur en ontdekten dat er een genaamd benzoboroxol sterk gebonden was aan elke suikercomponent op het glycopeptide. ("Peptide" verwijst naar de chemische basissamenstelling van een eiwit.)

Daarna hechtten ze veel benzoboroxolmoleculen aan elkaar met andere componenten om een ​​"dendrimeer, " wat verwijst naar de resulterende tak- of tentakelachtige structuur. Het afgewerkte grote molecuul leek op een octopus die klaar was om achter die suikercomponenten aan te gaan.

In het midden, op dezelfde manier gepositioneerd als het hoofd van een octopus, was een magnetische kraal, die als een soort handvat fungeerde. Zodra het dendrimeer een glycoproteïne ving, de onderzoekers gebruikten een magneet om de kraal te grijpen en hun chemische octopus eruit te trekken, samen met de verstrikte glycopeptiden (bijv. glycoproteïnen).

"Vervolgens spoelden we het dendrimeer af met een oplossing met een lage pH, en we lieten de glycoproteïnen analyseren met dingen als massaspectrometrie, ' zei Wu.

Behandelingen tegen kanker?

De onderzoekers hebben enkele ideeën over hoe onderzoekers van medische laboratoria praktisch gebruik kunnen maken van de nieuwe Georgia Tech-methode om vreemde biomoleculen te detecteren die door kanker worden uitgestoten, zoals antigenen. Bijvoorbeeld, de chemische octopus zou de detectie van prostaatspecifieke antigenen (PSA) bij screening op prostaatkanker kunnen verbeteren.

"PSA is een glycoproteïne. Op dit moment, als het niveau erg hoog is, we weten dat de patiënt kanker kan hebben, en als het erg laag is, we weten dat kanker niet waarschijnlijk is, " zei Wu. "Maar er zit een grijs gebied tussen, en deze methode zou kunnen leiden tot veel gedetailleerdere informatie in dat grijze gebied."

De onderzoekers zijn ook van mening dat ontwikkelaars de chemische uitvinding kunnen gebruiken om gerichte kankerbehandelingen te produceren. Immuuncellen kunnen worden getraind om de afwijkende glycoproteïnen te herkennen, sporen hun bronkankercellen in het lichaam op en doden ze.

Het potentieel van het onderzoek voor de wetenschap gaat veel verder dan de mogelijke toekomstige medische toepassingen.

De gebieden van genomics en proteomics hebben grote vooruitgang geboekt. In hun voetsporen treden, deze nieuwe moleculaire val zou de studie van het stijgende veld van de glycowetenschap vooruit kunnen helpen.