I ricercatori dell'Università del Wisconsin-Madison hanno sviluppato un metodo che combina nanoparticelle appiccicose con misurazioni proteiche ad alta precisione per catturare e analizzare un comune marker di malattie cardiache per rivelare dettagli che prima erano inaccessibili.

Il nuovo metodo, un sistema noto come nanoproteomica, cattura e misura efficacemente varie forme della proteina troponina cardiaca I, o cTnI, un biomarcatore del danno cardiaco attualmente utilizzato per diagnosticare infarti e altre malattie cardiache. Un test efficace delle variazioni di cTnI potrebbe un giorno fornire ai medici una migliore capacità di diagnosticare le malattie cardiache, la principale causa di morte negli Stati Uniti

UW-Madison Professore di biologia cellulare e rigenerativa e chimica Ying Ge, Il professore di chimica Song Jin e gli studenti laureati in chimica Timothy Tiambeng e David Roberts hanno condotto il lavoro, che è stato pubblicato il 6 agosto sulla rivista Comunicazioni sulla natura . I ricercatori hanno ora in programma di utilizzare il loro nuovo metodo per associare le varie forme di cTnI a malattie cardiache specifiche come passo verso lo sviluppo di un nuovo test diagnostico.

I medici attualmente utilizzano un test basato sugli anticorpi chiamato ELISA per aiutare a diagnosticare attacchi di cuore basati su livelli elevati di cTnI nel campione di sangue del paziente. Sebbene il test ELISA sia sensibile, i pazienti possono avere alti livelli di cTnI nel sangue senza avere malattie cardiache, che può portare a trattamenti costosi e non necessari per i pazienti.

"Quindi vogliamo usare il nostro sistema di nanoproteomica per esaminare più dettagli su varie forme modificate di questa proteina piuttosto che misurarne solo la concentrazione, "dice Ge, che è anche direttore del programma di proteomica umana presso la UW School of Medicine and Public Health. "Ciò aiuterà a rivelare le impronte digitali molecolari di cTnI da ciascun paziente per la medicina di precisione".

La misurazione di proteine ​​a bassa concentrazione nel sangue come cTnI è un classico problema dell'ago nel pagliaio. Raro, biomarcatori significativi della malattia sono completamente sopraffatti dalle proteine ​​comuni e diagnostiche inutili nel sangue. I metodi attuali utilizzano anticorpi per arricchire e catturare le proteine ​​in un campione complesso per identificare e quantificare le proteine. Ma gli anticorpi sono costosi, avere variazioni da lotto a lotto, e può generare risultati incoerenti.

Per catturare cTnI e superare alcuni dei limiti degli anticorpi, i ricercatori hanno progettato nanoparticelle di magnetite, una forma magnetica di ossido di ferro, e lo ha collegato a un peptide di 13 amminoacidi a lungo progettato per legarsi specificamente a cTnI. Il peptide si attacca a cTnI in un campione di sangue, e le nanoparticelle possono essere raccolte insieme utilizzando un magnete. Nanoparticelle e peptidi sono facilmente realizzabili in laboratorio, rendendoli economici e coerenti.

Utilizzando le nanoparticelle, i ricercatori sono stati in grado di arricchire efficacemente cTnI in campioni di tessuto cardiaco e sangue umani. Poi hanno usato la spettrometria di massa avanzata, in grado di distinguere diverse proteine ​​in base alla loro massa, non solo per ottenere una misurazione accurata di cTnI, ma anche per valutare le varie forme modificate della proteina.

Come molte proteine, cTnI può essere modificato dall'organismo a seconda di fattori come una malattia sottostante o cambiamenti nell'ambiente. Nel caso di cTnI, il corpo aggiunge vari numeri di gruppi fosfato, piccoli tag molecolari che potrebbero cambiare la funzione di cTnI. Queste variazioni sono sottili e difficili da tracciare.

"Ma con la spettrometria di massa ad alta risoluzione, ora possiamo "vedere" questi dettagli molecolari delle proteine, come l'iceberg nascosto sotto la superficie, "dice Ge.

Tiambeng e Roberts hanno deciso di testare se potevano distinguere le varie forme di cTnI che si possono trovare nei campioni di sangue dei pazienti. Hanno addizionato il siero del sangue con proteine ​​del cuore di donatori che erano normali, malato, o da un donatore morto. Quindi hanno usato le loro nanoparticelle per catturare cTnI e hanno misurato la proteina utilizzando la spettrometria di massa.

Come sperato, gli scienziati hanno potuto osservare modelli chiaramente diversi nei tipi di cTnI prevalenti in ciascun tipo di tessuto cardiaco. I cuori sani tendevano ad avere un sacco di cTnI con più gruppi fosfato attaccati, Per esempio, mentre i cuori malati avevano cTnI che aveva meno fosfato e il cuore post-mortem aveva cTnI rotto in pezzi.

Anche se questo è ancora uno studio di prova e saranno necessarie ulteriori ricerche, è questa capacità di associare un modello di variazioni di cTnI alla salute del cuore che i ricercatori sperano possa un giorno produrre un nuovo strumento diagnostico per aiutare quando i pazienti arrivano in ospedale con sospette malattie cardiache. I ricercatori hanno depositato una domanda di brevetto sulla nuova tecnologia attraverso la Wisconsin Alumni Research Foundation.

"Ci piace pensare che un futuro esame del sangue basato sul nostro lavoro qui potrebbe essere complementare all'attuale test ELISA, " dice Jin. "In futuro, quando ELISA mostra un livello elevato di cTnI, il medico potrebbe ordinare un test completo di nanoproteomica per determinare se è causato da malattie cardiache o meno, e identificare diversi tipi di malattie cardiache, per un trattamento più preciso evitando cure e spese inutili per i pazienti".