Een nieuwe techniek ontwikkeld aan het Rensselaer Polytechnic Institute stelt onderzoekers in staat om grote hoeveelheden biochemische informatie te verzamelen uit botmonsters op nanoschaal.

Naast het toevoegen van belangrijke nieuwe inzichten in de strijd tegen osteoporose, deze innovatie opent een geheel nieuwe op proteomics gebaseerde benadering voor het analyseren van botkwaliteit. Het zou zelfs kunnen helpen bij de archeologische en forensische studie van menselijke skeletten.

"We kunnen heel kleine, botmonsters op nanoschaal, en de eiwitsignaturen van het bot te bepalen, " zei Deepak Vashishth, hoofd van de afdeling Biomedische Technologie van Rensselaer, die de studie leidde. “Dit is een relatief snelle, gemakkelijke manier voor ons om de geschiedenis van het bot te bepalen - hoe en wanneer het gevormd is - evenals de kwaliteit van het bot, en de kans op breuk."

Resultaten van de studie, getiteld "Biochemische karakterisering van belangrijke botmatrix-eiwitten met behulp van botmonsters op nanoschaal en Proteomics-methodologie, " werden eind mei online vrijgegeven door het tijdschrift Moleculaire en cellulaire proteomics. Het journaal, gepubliceerd door de American Society for Biochemistry and Molecular Biology, zal het papier ook in een aankomende gedrukte editie bevatten.

Het onderzoek, gefinancierd door de Amerikaanse National Institutes of Health, werd uitgevoerd in de laboratoria van het Centrum voor Biotechnologie en Interdisciplinaire Studies in Rensselaer.

Botten bestaan ​​voornamelijk uit minerale, met de resterende hoeveelheid uit organisch materiaal. Het overgrote deel van het organische materiaal is collageen. Het resterende niet-collageenachtige organische materiaal is een mengsel van andere eiwitten, die een onderling verbonden matrix vormen. De kwaliteit van deze matrix varieert sterk met de leeftijd, voeding, en ziekte. Vashishth en zijn onderzoeksgroep onderzoeken deze botmatrix om te bepalen hoe de interactie en modificatie van individuele eiwitten de ontwikkeling beïnvloeden, structuur, en sterkte van het algehele bot.

In dit onderzoek, ze combineerden laseropnamemicroscopie met verschillende andere technieken om een ​​geheel nieuwe methode te creëren voor het analyseren van botmatrix. De analyse levert gegevens op over de concentratie van verschillende eiwitten in de botmatrix, wat op zijn beurt leidt tot belangrijke informatie over het bot – zoals wanneer het werd gevormd, hoe het is gewijzigd, en of het meer of minder vatbaar is voor breuken.

Vashishth zei dat dit een belangrijke stap is in de richting van het verbeteren van de huidige diagnosetechnieken voor osteoporose, die het botverlies en de aanwezige hoeveelheid bot meten, met nieuwe, minimaal invasieve, proteomics-gedreven technieken voor het beoordelen van de kwaliteit van het bot.

Het jonge veld van proteomics richt zich op de structuur en functie van eiwitten, en rijp is voor innovatie, zei Vasishth. De term "proteomics" echoot het woord genomics, de studie van genen. Proteomics probeert het menselijke proteoom te decoderen door de structuur te documenteren, functie, en interacties van eiwitten.

"Dit is een soort nieuw gebied, omdat botbreuk altijd is bekeken vanuit een botcalciumperspectief, een mineraal perspectief, en de huidige behandelmethoden voor osteoporose zijn daar allemaal op gericht, " zei hij. "Bij osteoporose, er is zeer weinig aandacht besteed aan boteiwitten. Daarom zijn we erg enthousiast over onze nieuwe op proteomics gebaseerde methode om de eiwitsignatuur van een bot te lezen. en de kwaliteit van het bot beoordelen. Ik denk dat het een nieuwe weg opent voor het benaderen en bestuderen van osteoporose."

Zoals alle weefsels in het menselijk lichaam, botten regenereren zichzelf na verloop van tijd. Botten regenereren veel langzamer dan andere weefsels, echter, en het skelet heeft ongeveer 10 jaar nodig om zichzelf geleidelijk te vervangen door nieuw weefsel. Verschillende delen van een bot regenereren met verschillende snelheden, wat betekent dat sommige delen van een bot ouder kunnen zijn en vatbaarder voor breuken, terwijl andere delen van hetzelfde bot nieuwer en steviger zijn. Oudere en jongere delen van een bot hebben verschillende eiwitsignaturen en reageren verschillend op medische behandelingen. Vashishth zei dat zijn nieuwe methode een gemakkelijke manier is om onderscheid te maken tussen verschillende verouderde botgebieden, hun kwaliteit bepalen, en voorspellen hun gevoeligheid voor breuken.

Eindelijk, samen met het bevorderen van het opkomende gebied van botproteomics en het openen van nieuwe mogelijkheden voor het bestuderen en behandelen van osteoporose, De bevindingen van Vashishth kunnen nuttig zijn voor onderzoekers op andere gebieden die zich bezighouden met bot. Forensisch, biologie, antropologie, archeologie, en andere gebieden waar botmonsters echt zeldzaam zijn, klein, en kostbaar zou het waarschijnlijk nuttig vinden om boteiwitsignaturen te analyseren met minimale schade aan het botmonster, hij zei. Deze informatie over eiwitkenmerken zou nieuw inzicht kunnen bieden in hoe botten werden gevormd, samen met de voeding en het dieet van die personen.