Onderzoekers van de Universiteit van Wisconsin-Madison hebben een methode ontwikkeld die kleverige nanodeeltjes combineert met zeer nauwkeurige eiwitmetingen om een ​​gemeenschappelijke marker van hartziekte vast te leggen en te analyseren om details te onthullen die voorheen ontoegankelijk waren.

De nieuwe methode, een systeem dat bekend staat als nanoproteomics, vangt en meet effectief verschillende vormen van het eiwit cardiale troponine I, of cTnI, een biomarker van hartschade die momenteel wordt gebruikt om hartaanvallen en andere hartziekten te diagnosticeren. Een effectieve test van cTnI-variaties zou artsen op een dag een beter vermogen kunnen bieden om hartaandoeningen te diagnosticeren, de belangrijkste doodsoorzaak in de V.S.

UW-Madison hoogleraar cel- en regeneratieve biologie en scheikunde Ying Ge, Professor of Chemistry Song Jin en afgestudeerde scheikundestudenten Timothy Tiambeng en David Roberts leidden het werk, die op 6 augustus in het tijdschrift werd gepubliceerd Natuurcommunicatie . De onderzoekers zijn nu van plan om hun nieuwe methode te gebruiken om de verschillende vormen van cTnI te associëren met specifieke hartziekten als een stap in de richting van de ontwikkeling van een nieuwe diagnostische test.

Artsen gebruiken momenteel een op antilichamen gebaseerde test, ELISA genaamd, om hartaanvallen te diagnosticeren op basis van verhoogde cTnI-waarden in het bloedmonster van de patiënt. Hoewel de ELISA-test gevoelig is, patiënten kunnen hoge cTnI-waarden in het bloed hebben zonder een hartaandoening te hebben, wat kan leiden tot dure en onnodige behandelingen voor patiënten.

"Dus we willen ons nanoproteomics-systeem gebruiken om meer details te onderzoeken over verschillende gemodificeerde vormen van dit eiwit in plaats van alleen de concentratie te meten, " zegt Ge, die ook directeur is van het Human Proteomics Program in de UW School of Medicine and Public Health. "Dat zal helpen om moleculaire vingerafdrukken van cTnI van elke patiënt te onthullen voor precisiegeneeskunde."

Het meten van laaggeconcentreerde eiwitten in het bloed zoals cTnI is een klassiek naald-in-een-hooibergprobleem. Bijzonder, zinvolle biomarkers van ziekte worden volledig overspoeld door gewone en diagnostisch nutteloze eiwitten in het bloed. Huidige methoden gebruiken antilichamen om eiwitten te verrijken en vast te leggen in een complex monster om eiwitten te identificeren en te kwantificeren. Maar antistoffen zijn duur, batch-tot-batch variaties hebben, en kan inconsistente resultaten opleveren.

Om cTnI vast te leggen en enkele van de beperkingen van antilichamen te overwinnen, de onderzoekers ontwierpen nanodeeltjes van magnetiet, een magnetische vorm van ijzeroxide, en gekoppeld aan een peptide van 13 aminozuren lang ontworpen om specifiek te binden aan cTnI. Het peptide hecht zich aan cTnI in een bloedmonster, en de nanodeeltjes kunnen samen worden verzameld met behulp van een magneet. Nanodeeltjes en peptiden worden gemakkelijk in het laboratorium gemaakt, waardoor ze goedkoop en consistent zijn.

Met behulp van de nanodeeltjes, de onderzoekers waren in staat om cTnI effectief te verrijken in monsters van menselijk hartweefsel en bloed. Daarna gebruikten ze geavanceerde massaspectrometrie, die verschillende eiwitten kunnen onderscheiden door hun massa, om niet alleen een nauwkeurige meting van cTnI te krijgen, maar ook om de verschillende gemodificeerde vormen van het eiwit te beoordelen.

Zoals veel eiwitten, cTnI kan door het lichaam worden gewijzigd, afhankelijk van factoren zoals een onderliggende ziekte of veranderingen in de omgeving. In het geval van cTnI, het lichaam voegt verschillende aantallen fosfaatgroepen toe, kleine moleculaire tags die de functie van cTnI kunnen veranderen. Deze variaties zijn subtiel en moeilijk te volgen.

"Maar met massaspectrometrie met hoge resolutie, we kunnen nu deze moleculaire details van eiwitten 'zien', als de verborgen ijsberg onder het oppervlak, " zegt Ge.

Tiambeng en Roberts besloten te testen of ze de verschillende vormen van cTnI konden onderscheiden die in bloedmonsters van patiënten kunnen worden gevonden. Ze verrijkten bloedserum met eiwitten uit donorharten die normaal waren, ziek, of van een overleden donor. Vervolgens gebruikten ze hun nanodeeltjes om cTnI te vangen en maten het eiwit met behulp van massaspectrometrie.

zoals gehoopt, de wetenschappers konden duidelijk verschillende patronen waarnemen in de soorten cTnI die in elk type hartweefsel voorkomen. De gezonde harten hadden meestal veel cTnI met meerdere fosfaatgroepen eraan vast, bijvoorbeeld, terwijl zieke harten cTnI hadden dat minder fosfaat bevatte en het postmortale hart cTnI in stukken had gebroken.

Hoewel dit nog steeds een proof-of-concept-onderzoek is en er meer onderzoek nodig zal zijn, het is dit vermogen om een ​​patroon van cTnI-variaties te associëren met de gezondheid van het hart, waarvan de onderzoekers hopen dat het op een dag een nieuw diagnostisch hulpmiddel kan produceren om te helpen wanneer patiënten naar het ziekenhuis komen met een vermoedelijke hartaandoening. De onderzoekers hebben een patentaanvraag ingediend op de nieuwe technologie via de Wisconsin Alumni Research Foundation.

"We denken graag dat een toekomstige bloedtest op basis van ons werk hier een aanvulling zou kunnen zijn op de huidige ELISA-test, " zegt Jin. "In de toekomst, wanneer ELISA een verhoogd cTnI-niveau vertoont, uw arts kan een uitgebreide nanoproteomics-test bestellen om te bepalen of het wordt veroorzaakt door een hartaandoening of niet, en identificeren van verschillende soorten hartziekten, voor een nauwkeurigere behandeling en het vermijden van onnodige zorg en kosten voor patiënten".