I ricercatori del New Jersey Institute of Technology in collaborazione con l'Università dell'Ohio e Merck &Co. Inc. hanno recentemente sviluppato un nuovo metodo efficiente per l'analisi mirata delle proteine, che secondo loro potrebbe accelerare i processi per i test delle malattie, scoperta di farmaci e sviluppo di vaccini.

La ricerca, pubblicato sulla rivista Chimica analitica , mette in evidenza il nuovo approccio coulometrico spettrometrico di massa (CMS) del team per determinare la quantità di proteine ​​nei campioni biologici, potenzialmente aprendo nuove porte per esplorare le proteine ​​nel corpo umano che possono essere espresse solo a bassi livelli, ma che potrebbero svolgere importanti funzioni biologiche o ruoli come biomarcatori di malattie, bersagli farmacologici o anticorpi terapeutici.

I ricercatori affermano che il nuovo approccio basato sulla spettrometria di massa e sull'elettrochimica, in grado di quantificare accuratamente uno spettro di piccole proteine ​​fino a grandi farmaci anticorpali monoclonali, è un progresso rispetto ai metodi attuali nel campo della quantificazione assoluta delle proteine, che in genere richiedono una preparazione lunga e costosa di materiale standard sintetizzato per l'analisi.

"La misurazione dei cambiamenti molecolari nei processi e nei percorsi associati alla malattia è fondamentale per la nostra comprensione della patogenesi e la scoperta di nuovi biomarcatori per la diagnosi e il trattamento delle malattie, " disse Hao Chen, professore presso il Dipartimento di Chimica e Scienze Ambientali del NJIT, e il corrispondente autore dell'articolo. "Con il nostro nuovo metodo, abbiamo dimostrato di poter quantificare una gamma di biomolecole in modo accurato e rapido".

"Questo approccio potrebbe avvantaggiare una serie di ricerche nelle scienze della vita, inclusa la lotta alla pandemia di COVID-19, ad esempio, in quanto potrebbe essere utilizzato per quantificare più rapidamente vari anticorpi dai pazienti per sondare lo stadio di infezione e per aiutare lo sviluppo del vaccino, " Ha aggiunto Chen.

Nella proteomica, l'analisi della spettrometria di massa può offrire ai ricercatori un modo per quantificare migliaia di proteine ​​in un singolo esperimento, sotto varie condizioni o stimoli. Può anche essere usato per aiutare a scoprire dettagli su come funzionano determinate proteine, interagiscono e cambiano nel tempo negli stati cellulari sani e malati, e può rivelare di più sui cambiamenti di livello degli anticorpi prodotti dal sistema immunitario per combattere gli antigeni, come virus o batteri.

Pengyi Zhao, un dottorato di ricerca ricercatore nel laboratorio di Chen e primo autore dell'articolo, afferma che la quantificazione delle proteine ​​è stata tipicamente eseguita attraverso metodi di cromatografia liquida-spettrometria di massa che comportano la preparazione di peptidi marcati con isotopi sintetici. Questi peptidi marcati vengono solitamente aggiunti a una concentrazione nota nei campioni per aiutare a determinare la quantità di una proteina di interesse in base alle intensità dei peptidi associati alla proteina rispetto agli standard aggiunti. "La spesa e il tempo necessari per sintetizzare questi standard di peptidi marcati con isotopi sono un grosso problema che ostacola l'analisi quantitativa nella ricerca e nello sviluppo di farmaci, " ha spiegato Zhao.

Chen afferma che il nuovo approccio CMS del team quantifica invece le proteine ​​in base alla firma elettrochimica prodotta durante l'analisi di spettrometria di massa. "Con questo metodo, la quantificazione assoluta delle proteine ​​si basa sull'ossidazione elettrochimica di un peptide surrogato dalla proteina bersaglio combinata con la misurazione spettrometrica di massa della resa di ossidazione... questa scoperta apre una nuova porta per indagare su molte proteine ​​per le quali non è disponibile alcuno standard per l'analisi".

Il team ha dimostrato il nuovo metodo analizzando diverse proteine ​​come le proteine ​​modello -caseina e l'apomioglobina. In collaborazione con il gruppo di ricerca di Yong-Ick Kim presso NJIT, hanno anche quantificato con successo una proteina chiave coinvolta nell'orologio circadiano, chiamato KaiB. Il team ha utilizzato peptidi contenenti tirosina come peptidi surrogati per la quantificazione, trovare i risultati dell'analisi CMS comparabili in accuratezza ai risultati prodotti dai metodi tradizionali di etichettatura degli isotopi in generale.

"Attualmente, attraverso questa prova di concetto abbiamo dimostrato che questo metodo può quantificare con precisione varie proteine ​​dall'apomioglobina agli anticorpi terapeutici, " disse Chen. "Poiché il nostro metodo non ha bisogno di standard, consentirebbe un'analisi quantitativa assoluta su larga scala delle proteine ​​nel sangue, tessuti, o organi, che altrimenti richiederebbero migliaia di costosi standard peptidici marcati con isotopi pesanti. Nei passaggi successivi, applicheremo questo nuovo metodo per la quantificazione delle proteine ​​su larga scala in diversi campioni biologici, per la scoperta di biomarcatori della malattia".