Leviterende proteiner kan hjælpe med at diagnosticere opioidmisbrug, andre sygdomme

Forskere ved Michigan State Universitys Precision Health Program har hjulpet med at udvikle en fascinerende ny metode til at detektere tætheden af ​​proteiner i blodet - en metode, der i høj grad kunne forbedre den hastighed, hvormed sygdomme opdages og diagnosticeres.

Metoden, kaldet "magnetisk levitation, " eller MagLev, tidligere blevet brugt til at adskille forskellige typer partikler i opløsninger, arrangere dem i grupper baseret på deres relative tætheder frem for vægt. Nu, to nye undersøgelser af Precision Healths Morteza Mahmoudi, Assisterende professor, og Ali Akbar Ashkarran, forskningsmedarbejder, illustrere, hvordan metoden også kan anvendes på humant blodplasma - den flydende komponent i blod. Plasma indeholder mange typer proteiner, der udfører en lang række funktioner i kroppen.

"Når vi putter noget i væske, det adskilles i sediment efter vægt, " sagde Mahmoudi. "Men en anden kraft - den magnetiske kraft - kan ophæve vægten og levitere proteinerne. Dette giver os mulighed for meget mere præcist at definere tætheden af ​​proteiner i opløsning."

At være i stand til nøjagtigt at måle tætheden af ​​proteiner i kroppen er vigtigt, da proteiner spiller vigtige roller i både sundheds- og sygdomstilstande. For eksempel, lipoproteiner transporterer fedt til celler, antistofproteiner spiller roller i immunitet, og koagulationsproteiner hjælper blodpropper. Nuværende metoder til at måle tætheden af ​​proteiner i væske er upålidelige og ødelægger ofte proteinernes grundlæggende egenskaber.

I den første undersøgelse, udgivet i Analytisk kemi , holdet anvendte MagLev-teknikken i et lille rør indeholdende magnetiske nanopartikler, hvori plasmaproteiner var blevet indført. Over en tre timers periode, holdet observerede fremkomsten af ​​en række forskellige bånd, der repræsenterer forskellige former for proteiner.

"Proteinerne skabte specifikke former, da de blev leviteret, " sagde Mahmoudi. "Det ligner et 'smiley ansigt' af lag."

Måling af tætheden af ​​båndene, holdet nåede frem til to bemærkelsesværdige resultater. Den første var, at der ikke var nogen sammenhæng mellem tætheden af ​​et protein og dets molekylvægt, hvilket kom som en overraskelse, da det går imod konventionel tænkning. Den anden var, at den gennemsnitlige tæthed af proteiner var meget lavere end tidligere undersøgelser havde foreslået.

Mekanismen, hvorved proteinerne adskilles i lag efter tæthed, er ikke helt klar, men det kan skyldes strukturelle forskelle og/eller protein-til-protein-interaktioner.

"Resultaterne er af afgørende betydning, da proteindensitet bliver brugt til at definere proteiners fysiske egenskaber, inklusive deres 3D-strukturer, " sagde Mahmoudi. "Desuden, den nøjagtige tæthed af proteiner gør os i stand til at designe sikrere og mere effektive terapeutiske midler, såsom nanomedicin."

Så, MagLev-metoden er ikke bare et sjovt forskningsværktøj – den har spændende kliniske implikationer. Den særlige "signatur" af et individs plasmaproteiner kan fortælle en læge meget om en patients helbredstilstand.

Ja, dette er hvad Mahmoudi og Ashkarran lagde ud i den anden undersøgelse, udgivet i Avancerede sundhedsmaterialer . De testede MagLev-metoden klinisk ved at sammenligne plasmaet fra raske mennesker med plasmaet fra mennesker, der misbruger opioider. Fra billedanalyse, de fandt tydelige og pålidelige forskelle i spektret af plasmaproteiner hos raske individer og dem, der misbruger opioider.

For eksempel, donorer, der misbrugte opioider, havde højere niveauer af visse varianter af hæmoglobin, et fund, der svarer til tidligere litteratur, der indikerer højere niveauer af hæmoglobin i blodet og i menneskers hjerner.

Metoden lover særligt godt for diagnostik, en potentielt langvarig proces, der kan forsinke behandlingen. Mahmoudi sagde, at han og hans team i øjeblikket arbejder på at bruge MagLev til at identificere andre typer af kronisk sygdom, som multipel sklerose og kræft, hvor præcis diagnose er kritisk og i mange tilfælde livreddende.

"Der er fire undertyper af MS, men diagnosen er i øjeblikket baseret på patientens adfærd, symptomer, og hans eller hendes reaktion på behandlingen, " sagde Mahmoudi. "Der er ingen biomarkør eller MR-test til at diagnosticere de forskellige undertyper på de tidlige stadier. Korrekt diagnosticering af typen af ​​MS er kritisk, da det dikterer hvilken type behandling der er passende. Vi håber, at denne MagLev-metode vil give klinikere en teknik til at definere undertyperne."

Holdet ser også på, om MagLev kan bruges til at diagnosticere kræft, hvor tidlig opdagelse kan påvirke overlevelsesraten.

"Hvis vi kan bruge teknikken til at opdage kræft hurtigere, mange flere kræftformer kunne behandles med succes, " sagde Mahmoudi. "Undersøgelser viser, at mange typer kræftformer kan helbredes, hvis de bliver opdaget i de tidlige stadier. Det virkelige problem er sen opdagelse."