Onderzoekers van de Chalmers University of Technology, Zweden, hebben een unieke methode ontwikkeld voor het bestuderen van eiwitten die nieuwe deuren zou kunnen openen voor medicinaal onderzoek. Door eiwitten op te vangen in een nanocapsule van glas, de onderzoekers hebben een uniek model van eiwitten in natuurlijke omgevingen kunnen maken. De resultaten worden gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift, Klein .

Eiwitten zijn doelwitzoekend en voeren veel verschillende taken uit die nodig zijn voor het overleven en functioneren van cellen. Dit maakt ze interessant voor de ontwikkeling van nieuwe medicijnen, met name die eiwitten die in het celmembraan zitten, en bepalen welke moleculen de cel mogen binnenkomen en welke niet. Dit betekent dat het begrijpen van de werking van dergelijke eiwitten een belangrijke uitdaging is om geavanceerdere medicijnen te ontwikkelen. Maar dit is geen gemakkelijke prestatie - dergelijke eiwitten zijn zeer complex. Tegenwoordig worden verschillende methoden gebruikt voor het afbeelden van eiwitten, maar geen enkele methode biedt een volledige oplossing voor de uitdaging om individuele membraaneiwitten in hun natuurlijke omgeving te bestuderen.

Een onderzoeksgroep aan de Chalmers University of Technology, onder leiding van Martin Andersson bij de afdeling Scheikunde en Chemische Technologie, heeft nu met succes Atom Probe Tomography gebruikt om eiwitten in beeld te brengen en te bestuderen. Atom Probe Tomography bestaat al een tijdje, maar is niet eerder op deze manier gebruikt, maar in plaats daarvan voor het onderzoeken van metalen en andere harde materialen.

“Het was in verband met een onderzoek naar contactoppervlakken tussen het skelet en implantaten toen we ontdekten dat we met deze techniek organische materialen in het bot konden onderscheiden. Dat bracht ons op het idee om de methode verder te ontwikkelen voor eiwitten, ", zegt Martin Andersson.

De uitdaging lag in het ontwikkelen van een methode om de eiwitten in hun natuurlijke omgeving intact te houden. De onderzoekers slaagden hierin door het eiwit in te kapselen in een extreem dun stuk glas, slechts ongeveer 50 nanometer in diameter (een nanometer is 1 miljoenste van een millimeter). Vervolgens sneden ze de buitenste laag van het glas af met behulp van een elektrisch veld, het eiwit atoom voor atoom vrijmaken. Het eiwit zou dan in 3D op een computer kunnen worden nagebouwd.

De resultaten van het onderzoek zijn geverifieerd door vergelijking met bestaande driedimensionale modellen van bekende eiwitten. In de toekomst, de onderzoekers zullen de methode verfijnen om de snelheid en nauwkeurigheid te verbeteren.

De methode is in meerdere opzichten baanbrekend. Naast het modelleren van de driedimensionale structuur, het onthult tegelijkertijd de chemische samenstelling van de eiwitten.

"Onze methode biedt veel goede oplossingen en kan een sterke aanvulling zijn op bestaande methoden. Het zal mogelijk zijn om te bestuderen hoe eiwitten op atomair niveau worden opgebouwd, ", zegt Andersson.

Met deze methode, mogelijk kunnen alle eiwitten worden bestudeerd, iets wat momenteel niet mogelijk is. Vandaag, slechts ongeveer één procent van de membraaneiwitten is met succes structureel geanalyseerd.

"Met deze methode we kunnen individuele eiwitten bestuderen, in tegenstelling tot de huidige methoden die een groot aantal eiwitten bestuderen en vervolgens een gemiddelde waarde creëren, " zegt Gustav Sundell, een onderzoeker in de onderzoeksgroep van Andersson.

Met Atom Probe Tomografie, informatie over de massa van een atoom kan ook worden afgeleid.

"Omdat we informatie verzamelen over de massa's van atomen in onze methode, het betekent dat we het gewicht kunnen meten. Wij kunnen dan, bijvoorbeeld, tests maken waarbij medicinale moleculen worden gecombineerd met verschillende isotopen - waardoor ze verschillende massa's krijgen - waardoor ze in een onderzoek te onderscheiden zijn. Het moet bijdragen aan het versnellen van processen voor het bouwen en testen van nieuwe medicijnen, " zegt Mats Hulander, een onderzoeker in de groep van Andersson.