Nella ricerca che un giorno potrebbe portare a progressi contro malattie neurodegenerative come l'Alzheimer e il Parkinson, I ricercatori di ingegneria dell'Università del Michigan hanno dimostrato una tecnica per misurare con precisione le proprietà delle singole molecole proteiche che galleggiano in un liquido.

Le proteine ​​sono essenziali per la funzione di ogni cellula. Misurare le loro proprietà nel sangue e in altri fluidi corporei potrebbe sbloccare informazioni preziose, poiché le molecole sono un elemento fondamentale nel corpo. Il corpo li produce in una varietà di forme complesse in grado di trasmettere messaggi tra le cellule, trasportano ossigeno e svolgono altre importanti funzioni.

Qualche volta, però, le proteine ​​non si formano correttamente. Gli scienziati ritengono che alcuni tipi di queste proteine ​​deformi, chiamate amiloidi, possono raggrupparsi in masse nel cervello. I grovigli appiccicosi bloccano la normale funzione cellulare, portando alla degenerazione e alla malattia delle cellule cerebrali.

Ma i processi di come si formano e si aggregano gli amiloidi non sono ben compresi. Ciò è dovuto in parte al fatto che attualmente non esiste un buon modo per studiarli. I ricercatori dicono che i metodi attuali sono costosi, dispendioso in termini di tempo e difficile da interpretare, e può solo fornire un quadro generale del livello complessivo di amiloidi nel sistema di un paziente.

I ricercatori dell'Università del Michigan e dell'Università di Friburgo che hanno sviluppato la nuova tecnica ritengono che potrebbe aiutare a risolvere il problema misurando la forma di una singola molecola, volume, carica elettrica, velocità di rotazione e propensione al legame con altre molecole.

Chiamano queste informazioni una "impronta digitale 5-D" e credono che potrebbe scoprire nuove informazioni che un giorno potrebbero aiutare i medici a monitorare lo stato dei pazienti con malattie neurodegenerative e forse anche a sviluppare nuovi trattamenti. Il loro lavoro è dettagliato in un articolo pubblicato su Nanotecnologia della natura .

"Immagina la sfida di identificare una persona specifica in base solo alla sua altezza e peso, "ha detto David Sept, un professore di ingegneria biomedica UM che ha lavorato al progetto. "Questa è essenzialmente la sfida che affrontiamo con le tecniche attuali. Immagina quanto sarebbe più facile con descrittori aggiuntivi come genere, colore dei capelli e abbigliamento. Questo è il tipo di nuove informazioni fornite dal fingerprinting 5-D, rendendo molto più facile identificare proteine ​​specifiche."

Michael Mayer, l'autore principale dello studio ed ex ricercatore di UM che ora è professore di biofisica presso l'Istituto svizzero Adolphe Merkle, afferma che l'identificazione delle singole proteine ​​potrebbe aiutare i medici a tenere sotto controllo lo stato della malattia di un paziente, e potrebbe anche aiutare i ricercatori a comprendere meglio come le proteine ​​amiloidi siano coinvolte nelle malattie neurodegenerative.

Per prendere le misure dettagliate, il team di ricerca utilizza un nanoporo largo 10-30 nanometri, così piccolo che può passare solo una molecola proteica alla volta. I ricercatori hanno riempito il nanoporo con una soluzione salina e fatto passare una corrente elettrica attraverso la soluzione.

Quando una molecola proteica rotola attraverso il nanoporo, il suo movimento provoca piccoli, fluttuazioni misurabili della corrente elettrica. Misurando attentamente questa corrente, i ricercatori possono determinare la firma univoca a cinque dimensioni della proteina e identificarla quasi istantaneamente.

"Le molecole di amiloide non solo variano ampiamente in dimensioni, ma tendono ad ammassarsi in masse ancora più difficili da studiare, " disse Mayer. "Poiché può analizzare ogni particella una per una, questo nuovo metodo ci offre una finestra molto migliore su come si comportano gli amiloidi all'interno del corpo".

In definitiva, il team mira a sviluppare un dispositivo che medici e ricercatori potrebbero utilizzare per misurare rapidamente le proteine ​​in un campione di sangue o altri fluidi corporei. Questo obiettivo è probabilmente tra diversi anni; Intanto, stanno lavorando per migliorare la precisione della tecnica, affinandolo per ottenere una migliore approssimazione della forma di ciascuna proteina. Credono che in futuro, la tecnologia potrebbe anche essere utile per misurare le proteine ​​associate alle malattie cardiache e anche in una varietà di altre applicazioni.

"Penso che le possibilità siano piuttosto vaste, "Sept ha detto. "Anticorpi, ormoni più grandi, forse gli agenti patogeni potrebbero essere rilevati tutti. Anche le nanoparticelle sintetiche potrebbero essere facilmente caratterizzate per vedere quanto siano uniformi".

Lo studio è intitolato "Approssimazione della forma in tempo reale e fingerprinting di singole proteine ​​utilizzando un nanoporo".