In onderzoek dat ooit zou kunnen leiden tot vooruitgang tegen neurodegeneratieve ziekten zoals Alzheimer en Parkinson, Technische onderzoekers van de Universiteit van Michigan hebben een techniek gedemonstreerd voor het nauwkeurig meten van de eigenschappen van individuele eiwitmoleculen die in een vloeistof drijven.

Eiwitten zijn essentieel voor de functie van elke cel. Het meten van hun eigenschappen in bloed en andere lichaamsvloeistoffen zou waardevolle informatie kunnen ontsluiten, omdat de moleculen een essentiële bouwsteen in het lichaam zijn. Het lichaam vervaardigt ze in een verscheidenheid aan complexe vormen die berichten tussen cellen kunnen verzenden, zuurstof vervoeren en andere belangrijke functies uitvoeren.

Soms, echter, eiwitten worden niet goed gevormd. Wetenschappers geloven dat sommige soorten van deze misvormde eiwitten, genaamd amyloïden, kunnen samenklonteren tot massa's in de hersenen. De kleverige klitten blokkeren de normale celfunctie, leidend tot hersenceldegeneratie en ziekte.

Maar de processen van hoe amyloïden zich vormen en samenklonteren, zijn niet goed begrepen. Dit is gedeeltelijk te wijten aan het feit dat er momenteel geen goede manier is om ze te bestuderen. Onderzoekers zeggen dat de huidige methoden duur zijn, tijdrovend en moeilijk te interpreteren, en kan alleen een breed beeld geven van het algehele niveau van amyloïden in het systeem van een patiënt.

De onderzoekers van de Universiteit van Michigan en de Universiteit van Fribourg die de nieuwe techniek hebben ontwikkeld, geloven dat het kan helpen het probleem op te lossen door de vorm van een individueel molecuul te meten, volume, elektrische lading, rotatiesnelheid en neiging tot binding aan andere moleculen.

Ze noemen deze informatie een "5-D-vingerafdruk" en geloven dat het nieuwe informatie zou kunnen onthullen die artsen op een dag kan helpen de status van patiënten met neurodegeneratieve ziekten te volgen en mogelijk zelfs nieuwe behandelingen te ontwikkelen. Hun werk wordt gedetailleerd beschreven in een paper gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie .

"Stel je de uitdaging voor om een ​​specifieke persoon te identificeren alleen op basis van hun lengte en gewicht, " zei David Sept, een UM-professor biomedische technologie die aan het project werkte. "Dat is in wezen de uitdaging waarmee we worden geconfronteerd met de huidige technieken. Stel je voor hoeveel gemakkelijker het zou zijn met aanvullende descriptoren zoals geslacht, haarkleur en kleding. Dat is het soort nieuwe informatie dat 5D-vingerafdrukken biedt, waardoor het veel gemakkelijker wordt om specifieke eiwitten te identificeren."

Michael Mayer, de hoofdauteur van de studie en een voormalig UM-onderzoeker die nu hoogleraar biofysica is aan het Adolphe Merkle-instituut in Zwitserland, zegt dat het identificeren van individuele eiwitten artsen kan helpen de status van de ziekte van een patiënt beter in de gaten te houden, en het zou onderzoekers ook kunnen helpen om beter te begrijpen hoe amyloïde-eiwitten precies betrokken zijn bij neurodegeneratieve ziekten.

Om de gedetailleerde metingen te doen, het onderzoeksteam gebruikt een nanoporie van 10-30 nanometer breed - zo klein dat er maar één eiwitmolecuul tegelijk doorheen kan. De onderzoekers vulden de nanoporie met een zoutoplossing en lieten een elektrische stroom door de oplossing lopen.

Terwijl een eiwitmolecuul door de nanoporie tuimelt, zijn beweging veroorzaakt kleine, meetbare schommelingen in de elektrische stroom. Door deze stroom nauwkeurig te meten, de onderzoekers kunnen de unieke vijfdimensionale handtekening van het eiwit bepalen en het bijna onmiddellijk identificeren.

"Amyloïde moleculen variëren niet alleen sterk in grootte, maar ze hebben de neiging om samen te klonteren tot massa's die nog moeilijker te bestuderen zijn, Mayer zei. "Omdat het elk deeltje één voor één kan analyseren, deze nieuwe methode geeft ons een veel beter beeld van hoe amyloïden zich in het lichaam gedragen."

uiteindelijk, het team wil een apparaat ontwikkelen waarmee artsen en onderzoekers snel eiwitten kunnen meten in een bloedmonster of ander lichaamsvocht. Dit doel is waarschijnlijk enkele jaren verwijderd; ondertussen, ze werken aan het verbeteren van de nauwkeurigheid van de techniek, het aanscherpen om een ​​betere benadering van de vorm van elk eiwit te krijgen. Ze geloven dat in de toekomst de technologie kan ook nuttig zijn voor het meten van eiwitten die verband houden met hartaandoeningen en ook voor een verscheidenheid aan andere toepassingen.

"Ik denk dat de mogelijkheden behoorlijk groot zijn, " zei Sept. "Antilichamen, grotere hormonen, misschien konden alle ziekteverwekkers worden opgespoord. Synthetische nanodeeltjes kunnen ook gemakkelijk worden gekarakteriseerd om te zien hoe uniform ze zijn."

De studie is getiteld "Real-time vormbenadering en vingerafdrukken van afzonderlijke eiwitten met behulp van een nanopore."