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纳米颗粒系统可从血液中捕获心脏疾病生物标志物,以进行深入分析

信息来源:星火计划 发布时间:【2020-08-14 】 点击次数:
威斯康星大学麦迪逊分校的研究人员开发了一种将粘性纳米颗粒与高精度蛋白质测量相结合的方法,以捕获和分析心脏病的常见标记物,以揭示以前难以获得的细节。
 
 
新方法称为纳米蛋白质组学,可有效捕获和测量各种形式的蛋白质心肌肌钙蛋白I或cTnI,cTnI是目前用于帮助诊断心脏病和其他心脏病的心脏损伤的生物标志物。有效地测试cTnI变异可能有一天为医生提供更好的诊断心脏病的能力,心脏病是美国的主要死亡原因
 
威斯康星大学麦迪逊分校细胞与再生生物学和化学教授英格,化学教授宋瑾和化学研究生Timothy Tiambeng和David Roberts领导了这项工作,该工作于8月6日发表在《自然通讯》杂志上。研究人员现在计划使用他们的新方法将各种形式的cTnI与特定的心脏病相关联,作为开发新的诊断测试的一步。
 
目前,医生们使用一种称为ELISA的基于抗体的测试来帮助根据患者血样中cTnI水平升高来诊断心脏病。虽然ELISA测试敏感,患者可以在血液中高水平的cTnI,而不必心脏疾病,这可能会导致昂贵的和不必要的治疗病人。
 
华盛顿大学医学院和公共卫生学院人类蛋白质组计划的主任葛说:“因此,我们希望使用我们的纳米蛋白质组学系统来研究该蛋白质各种修饰形式的更多细节,而不仅仅是测量其浓度。” 。“这将有助于揭示每位精准医学用cTnI的分子指纹。”
 
测量血液中的低浓度蛋白质(如cTnI)是一个经典的“针刺大海捞针”问题。罕见的,有意义的疾病生物标志物被血液中常见且诊断上无用的蛋白质完全淹没。当前的方法使用抗体来富集和捕获复杂样品中的蛋白质以鉴定和定量蛋白质。但是抗体价格昂贵,批次之间存在差异,并且可能产生不一致的结果。
 
 
 
为了捕获cTnI并克服了抗体的某些局限性,研究人员设计了磁铁矿的纳米颗粒,这是一种磁性形式的氧化铁,并将其与13个氨基酸长的肽相连,该肽被设计成与cTnI特异性结合。肽锁存在血液样本中的cTnI上,可以使用磁铁将纳米颗粒收集在一起。纳米颗粒和多肽很容易在实验室中制备,使其便宜且稳定。
 
使用纳米颗粒,研究人员能够有效地富集人类心脏组织和血液样本中的cTnI。然后他们使用了先进的质谱分析技术,该技术可以通过质量区分不同的蛋白质,不仅可以准确测量cTnI,还可以评估蛋白质的各种修饰形式。
 
像许多蛋白质一样,cTnI可以被人体修饰,这取决于潜在疾病或环境变化等因素。在cTnI的情况下,人体会添加各种数量的磷酸基团,这些小分子标签可能会改变cTnI的功能。这些变化非常微妙,难以追踪。
 
“但是通过高分辨率质谱分析,我们现在可以'看到'蛋白质的这些分子细节,例如表面下的隐藏冰山。” Ge说。
 
Tiambeng和Roberts决定测试是否可以区分患者血液样本中发现的各种形式的cTnI。他们用来自正常,患病或死去的供体心脏的蛋白质加标血清。然后他们使用其纳米颗粒捕获cTnI,并使用质谱法测量了蛋白质。
 
如希望的那样,科学家们可以观察到每种心脏组织中普遍存在的cTnI类型的不同模式。例如,健康的心脏往往带有大量附有多个磷酸基团的cTnI,而患病的心脏的cTnI磷酸含量较少,而验尸后的心脏将cTnI分解为碎片。
 
尽管这仍是一项概念验证研究,仍需要进行更多研究,但正是这种将cTnI变异模式与心脏健康联系起来的能力,研究人员希望有一天能够提供一种新的诊断工具来帮助患者适应疾病。怀疑患有心脏病的医院。研究人员已通过威斯康星州校友研究基金会提交了有关新技术的专利申请。
 
Jin说:“我们希望基于我们在这里所做的工作而进行的未来血液测试可以与当前的ELISA测试互补。” “将来,当ELISA显示cTnI水平升高时,您的医生可能会命令进行全面的纳米蛋白质组学测试以确定它是否是由心脏病引起的,并鉴定出不同类型的心脏病,以便进行更精确的治疗,同时避免不必要的护理和费用”。

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