Il cancro lascia presto scarse tracce chimiche della sua presenza, ma sfortunatamente, molti di loro appartengono a una classe di sostanze biochimiche che non possono essere rilevate a fondo, fino ad ora.

I ricercatori del Georgia Institute of Technology hanno progettato una trappola chimica che cattura in modo esaustivo quelle che vengono chiamate glicoproteine, comprese minuscole tracce che in precedenza sono sfuggite al rilevamento.

Le glicoproteine ​​sono molecole proteiche legate a molecole di zucchero, e sono molto comuni in tutti gli esseri viventi. Le glicoproteine ​​sono disponibili in una miriade di varietà e dimensioni e costituiscono importanti strutture cellulari come i recettori cellulari. Si aggirano anche per i nostri corpi in secrezioni come muco o ormoni.

Ma alcune glicoproteine ​​sono molto, molto raro e può servire come primo segnale, o biomarcatore, indicando che c'è qualcosa che non va nel corpo, come il cancro. I metodi esistenti per avvolgere le glicoproteine ​​per esami di laboratorio sono relativamente nuovi e hanno avuto grandi buchi nelle loro reti, tante di queste molecole, soprattutto quelli molto rari, hanno avuto la tendenza a scivolare via.

Tracce cancerose

"Queste minuscole tracce sono di fondamentale importanza per la diagnosi precoce delle malattie, " ha detto il ricercatore principale Ronghu Wu, un professore alla Scuola di Chimica e Biochimica della Georgia Tech. "Quando il cancro è appena iniziato, le glicoproteine ​​aberranti sono prodotte e secrete nei fluidi corporei come sangue e urina. Spesso le loro abbondanze sono estremamente basse, ma catturarli è urgente."

Questa nuova trappola chimica, che ha impiegato diversi anni per sviluppare i chimici della Georgia Tech e si basa su un acido boronico, si è dimostrato estremamente efficace nei test di laboratorio, anche su cellule umane in coltura e campioni di tessuto di topo.

"Questo metodo è molto universale, " ha detto il primo autore Haopeng Xiao, un assistente di ricerca laureato. "Siamo oltre 1, 000 glicoproteine ​​in un campione di laboratorio davvero piccolo."

Nei test di confronto con i metodi esistenti, la trappola chimica, una complessa costruzione molecolare che ricorda un polpo, catturato esponenzialmente più glicoproteine, soprattutto più di quelle tracce di glicoproteine.

Wu, Xiao e Weixuan Chen, un ex ricercatore postdottorato della Georgia Tech, che è stato anche il primo autore dello studio, hanno pubblicato i loro risultati sulla rivista Nature Communications. La ricerca è stata finanziata dalla National Science Foundation e dal National Institutes of Health.

pasticci boronici

Per i maghi della chimica, ecco un breve riassunto di come i ricercatori hanno realizzato il polpo. Hanno preso una cosa buona e hanno raddoppiato e poi triplicato.

Coloro che ricordano la lezione di chimica del liceo potrebbero ancora sapere cos'è l'acido borico, così come le persone che lo usano per uccidere gli scarafaggi. La sua struttura chimica è un atomo di boro legato con tre gruppi ossidrile (H3BO3).

Gli acidi boronici sono una famiglia di composti organici che si basano sull'acido borico. Ci sono molti membri della famiglia dell'acido boronico, e tendono a legarsi bene con le glicoproteine, ma i loro legami possono essere meno affidabili del necessario.

"La maggior parte degli acidi boronico lascia scappare troppe glicoproteine ​​a bassa abbondanza, " Wu ha detto. "Possono catturare glicoproteine ​​​​che sono in alta abbondanza ma non quelle in bassa abbondanza, quelli che ci dicono cose più preziose sullo sviluppo cellulare o sulle malattie umane".

Polpo al benzoborossolo

Ma i chimici della Georgia Tech sono stati in grado di sfruttare i punti di forza degli acidi boronico per sviluppare un metodo di cattura della glicoproteina che funziona eccezionalmente bene.

Primo, hanno testato diversi derivati ​​dell'acido boronico e hanno scoperto che uno chiamato benzoboroxolo si legava fortemente con ciascun componente dello zucchero sul glicopeptide. ("Peptide" si riferisce alla composizione chimica di base di una proteina.)

Quindi hanno cucito molte molecole di benzoborossolo insieme ad altri componenti per formare un "dendrimero, " che si riferisce alla struttura a forma di ramo o tentacolo risultante. La grande molecola finita somigliava a un polpo pronto a inseguire quei componenti zuccherini.

Al suo centro, posizionato in modo simile alla testa di un polpo, era una perla magnetica, che fungeva da sorta di maniglia. Una volta che il dendrimero ha catturato una glicoproteina, i ricercatori hanno usato un magnete per afferrare il tallone ed estrarre il loro polpo chimico insieme ai suoi glicopeptidi intrappolati (ad esempio glicoproteine).

"Poi abbiamo lavato via il dendrimero con una soluzione a basso pH, e abbiamo fatto analizzare le glicoproteine ​​con cose come la spettrometria di massa, " disse Wu.

Trattamenti contro il cancro?

I ricercatori hanno alcune idee su come i ricercatori di laboratorio medico potrebbero fare un uso pratico del nuovo metodo Georgia Tech per rilevare strane biomolecole emesse dal cancro, come gli antigeni. Per esempio, il polpo chimico potrebbe migliorare la rilevazione degli antigeni prostatici specifici (PSA) negli screening del cancro alla prostata.

"Il PSA è una glicoproteina. In questo momento, se il livello è molto alto, sappiamo che il paziente può avere il cancro, e se è molto basso, sappiamo che il cancro non è probabile, " Wu ha detto. "Ma c'è una zona grigia in mezzo, e questo metodo potrebbe portare a informazioni molto più dettagliate in quella zona grigia".

I ricercatori ritengono inoltre che gli sviluppatori potrebbero sfruttare l'invenzione chimica per produrre trattamenti antitumorali mirati. Le cellule immunitarie potrebbero essere addestrate a riconoscere le glicoproteine ​​aberranti, rintracciare le loro cellule cancerose di origine nel corpo e ucciderle.

Il potenziale scientifico della ricerca va ben oltre le sue possibili future applicazioni mediche.

I campi della genomica e della proteomica hanno fatto passi da gigante. Seguendo le loro orme, questa nuova trappola molecolare potrebbe far avanzare lo studio del nascente campo della glicoscienza.