Onderzoekers van het Precision Health Program van de Michigan State University hebben geholpen bij de ontwikkeling van een fascinerende nieuwe methode voor het detecteren van de dichtheid van eiwitten in het bloed - een methode die de snelheid waarmee ziekten worden opgespoord en gediagnosticeerd enorm zou kunnen verbeteren.

De methode, genaamd "magnetische levitatie, " of MagLev, was eerder gebruikt om verschillende soorten deeltjes in oplossingen te scheiden, ze in groepen te rangschikken op basis van hun relatieve dichtheden in plaats van op gewicht. Nutsvoorzieningen, twee nieuwe onderzoeken door Precision Health's Morteza Mahmoudi, assistent professor, en Ali Akbar Ashkarran, onderzoeksmedewerker, illustreren hoe de methode ook kan worden toegepast op menselijk bloedplasma - het vloeibare bestanddeel van bloed. Plasma bevat veel soorten eiwitten die een groot aantal functies in het lichaam vervullen.

"Als we iets in vloeistof doen, het scheidt in sediment op gewicht, "Zei Mahmoudi. "Maar een andere kracht - de magnetische kracht - kan het gewicht opheffen en de eiwitten laten zweven. Dit stelt ons in staat om de dichtheid van eiwitten in oplossing veel nauwkeuriger te definiëren."

Het is belangrijk om de dichtheid van eiwitten in het lichaam nauwkeurig te kunnen meten, omdat eiwitten een belangrijke rol spelen in zowel gezondheids- als ziektetoestanden. Bijvoorbeeld, lipoproteïnen transporteren vetten naar cellen, antilichaameiwitten spelen een rol bij de immuniteit en stollingseiwitten helpen de bloedstolling. De huidige methoden om de dichtheid van eiwitten in vloeistof te meten zijn onbetrouwbaar en vernietigen vaak de fundamentele eigenschappen van de eiwitten.

In de eerste studie, gepubliceerd in Analytische scheikunde , het team paste de MagLev-techniek toe in een buisje met magnetische nanodeeltjes waarin plasma-eiwitten waren ingebracht. Over een periode van drie uur, het team observeerde de opkomst van een aantal verschillende banden die verschillende vormen van eiwitten vertegenwoordigen.

"De eiwitten creëerden specifieke vormen toen ze zweefden, "Zei Mahmoudi. "Het ziet eruit als een 'smiley face' van lagen."

Het meten van de dichtheid van de banden, het team kwam tot twee opmerkelijke bevindingen. De eerste was dat er geen correlatie was tussen de dichtheid van een eiwit en zijn molecuulgewicht, wat als een verrassing kwam omdat het indruist tegen het conventionele denken. De andere was dat de gemiddelde dichtheid van eiwitten veel lager was dan eerdere studies hadden gesuggereerd.

Het mechanisme waarmee de eiwitten in lagen scheiden door dichtheid is niet helemaal duidelijk, maar het kan te wijten zijn aan structurele verschillen en/of eiwit-tot-eiwit interacties.

"De bevindingen zijn van cruciaal belang, omdat eiwitdichtheid wordt gebruikt om de fysieke eigenschappen van eiwitten te definiëren, inclusief hun 3D-structuren, "Zei Mahmoudi. "Bovendien, de nauwkeurige dichtheid van eiwitten stelt ons in staat om veiligere en efficiëntere therapeutische middelen te ontwerpen, zoals nanogeneeskunde."

Dus, de MagLev-methode is niet alleen een leuk onderzoeksinstrument, het heeft opwindende klinische implicaties. De specifieke "handtekening" van de plasma-eiwitten van een individu kan een arts veel vertellen over de gezondheidstoestand van een patiënt.

Inderdaad, dit is wat Mahmoudi en Ashkarran uiteenzetten in de tweede studie, gepubliceerd in Geavanceerde materialen voor de gezondheidszorg . Ze testten de MagLev-methode klinisch door het plasma van gezonde mensen te vergelijken met dat van mensen die opioïden misbruiken. Van beeldanalyse, ze vonden duidelijke en betrouwbare verschillen in het spectrum van plasma-eiwitten van gezonde individuen en degenen die opioïden misbruiken.

Bijvoorbeeld, donoren die opioïden misbruikten, hadden hogere niveaus van bepaalde varianten van hemoglobine, een bevinding die overeenkomt met eerdere literatuur die wijst op hogere niveaus van hemoglobine in het bloed en in de hersenen van mensen.

De methode is in het bijzonder veelbelovend voor diagnostiek, een potentieel langdurig proces dat de behandeling kan vertragen. Mahmoudi zei dat hij en zijn team momenteel werken aan het gebruik van MagLev om andere soorten chronische ziekten te identificeren, zoals multiple sclerose en kanker, waar een nauwkeurige diagnose van cruciaal belang is en in veel gevallen levensreddend.

"Er zijn vier subtypes van MS, maar de diagnose is momenteel gebaseerd op het gedrag van de patiënt, symptomen, en zijn of haar reactie op de behandeling, " zei Mahmoudi. "Er is geen biomarker of MRI-test om de verschillende subtypes in de vroege stadia te diagnosticeren. Het correct diagnosticeren van het type MS is van cruciaal belang, omdat het bepaalt welk type behandeling geschikt is. We hopen dat deze MagLev-methode clinici een techniek zal geven om de subtypes te definiëren."

Het team bekijkt ook of MagLev kan worden gebruikt bij het diagnosticeren van kanker, waar vroege detectie de overlevingskansen kan beïnvloeden.

"Als we de techniek kunnen gebruiken om kanker eerder op te sporen, veel meer kankers kunnen met succes worden behandeld, " zei Mahmoudi. "Studies tonen aan dat veel soorten kanker kunnen worden genezen als ze in een vroeg stadium worden ontdekt. Het echte probleem is late detectie."