Biomarcador para doença cardíaca capturado pela nova tecnologia de nanopartículas

Fonte: Kateryna Kon/Science Photo Library/Getty Images

Cientistas da Universidade de Wisconsin-Madison (UW-Madison) dizem ter desenvolvido uma técnica que combina nanopartículas pegajosas com medição de proteína de alta precisão para capturar e analisar um marcador comum de doença cardíaca para revelar detalhes que antes eram inacessíveis.

O novo método – nanoproteômica – captura e mede com eficácia várias formas da proteína cardíaca troponina I, ou cTnI, um biomarcador de dano cardíaco atualmente usado para ajudar a diagnosticar ataques cardíacos e outras doenças cardíacas, de acordo com a equipe que sustenta que um teste eficaz de Variações de cTnI podem um dia fornecer aos médicos uma melhor capacidade de diagnosticar doenças cardíacas, a principal causa de morte nos EUA

UW-Madison Ying Ge, PhD, professor de biologia celular e regenerativa e química, Song Jin, PhD, professor de química e alunos de pós-graduação em química Timothy Tiambeng e David Roberts lideraram o estudo "Nanoproteômica permite análise resolvida por proteoforma de proteínas de baixa abundância no soro humano", que foi publicado na Nature Communications. Os pesquisadores agora planejam usar seu novo método para associar as várias formas de cTnI com doenças cardíacas específicas como um passo para o desenvolvimento de um novo teste de diagnóstico.

"A proteômica baseada em espectrometria de massa (MS) de cima para baixo fornece uma análise abrangente de proteoformas para alcançar uma compreensão ampla do proteoma das funções das proteínas. No entanto, a detecção por MS de proteínas de baixa abundância no sangue permanece um desafio não resolvido devido à extraordinária gama do proteoma sanguíneo. Aqui, desenvolvemos um método integrado de nanoproteômica que acopla nanopartículas superparamagnéticas (NPs) funcionalizadas com peptídeos com MS de cima para baixo para o enriquecimento e análise abrangente da troponina cardíaca I (cTnI), um biomarcador cardíaco padrão-ouro, diretamente do soro", escrevem os investigadores.

"Essas NPs permitem o enriquecimento sensível de cTnI (<1 ng/mL) com alta especificidade e reprodutibilidade, ao mesmo tempo em que esgotam proteínas altamente abundantes, como a albumina sérica humana (>1010 mais abundante que cTnI). Demonstramos que a nanoproteômica de cima para baixo pode fornecem impressões digitais moleculares resolvidas em proteoformas de alta resolução de diversas proteoformas cTnI para estabelecer relações proteoforma-fisiopatologia."

"Esta estratégia escalonável e reprodutível livre de anticorpos pode geralmente permitir a análise proteoform-resolvida de proteínas de baixa abundância diretamente do soro para revelar detalhes moleculares anteriormente inatingíveis".

Os médicos atualmente usam um teste ELISA baseado em anticorpos para ajudar a diagnosticar ataques cardíacos com base em níveis elevados de cTnI na amostra de sangue do paciente. Embora o teste ELISA seja sensível, os pacientes podem ter altos níveis de cTnI no sangue sem ter doença cardíaca, o que pode levar a tratamentos caros e desnecessários para os pacientes.

“Portanto, queremos usar nosso sistema de nanoproteômica para examinar mais detalhes em várias formas modificadas dessa proteína, em vez de apenas medir sua concentração”, diz Ge, que também é diretor do Programa de Proteômica Humana da Escola de Medicina e Saúde Pública da UW. . "Isso ajudará a revelar impressões digitais moleculares de cTnI de cada paciente para medicina de precisão".

A medição de proteínas de baixa concentração no sangue, como cTnI, é um problema clássico de agulha no palheiro. Biomarcadores raros e significativos de doenças são completamente sobrecarregados por proteínas comuns e inúteis para diagnóstico no sangue. Os métodos atuais usam anticorpos para enriquecer e capturar proteínas em uma amostra complexa para identificar e quantificar proteínas. Mas os anticorpos são caros, têm variações de lote para lote e podem gerar resultados inconsistentes.

Para capturar o cTnI e superar algumas das limitações dos anticorpos, os pesquisadores projetaram nanopartículas de magnetita, uma forma magnética de óxido de ferro, e o ligaram a um peptídeo de 13 aminoácidos projetado para se ligar especificamente ao cTnI. O peptídeo se liga à cTnI em uma amostra de sangue e as nanopartículas podem ser coletadas usando um ímã. Nanopartículas e peptídeos são facilmente produzidos em laboratório, tornando-os baratos e consistentes.