Ny teknik giver masser af information fra nanoskala knogleprøver

En ny teknik udviklet ved Rensselaer Polytechnic Institute giver forskere mulighed for at indsamle store mængder biokemisk information fra nanoskala knogleprøver.

Sammen med at tilføje vigtig ny indsigt i kampen mod osteoporose, denne innovation åbner op for en helt ny proteomikbaseret tilgang til analyse af knoglekvalitet. Det kan endda hjælpe den arkæologiske og retsmedicinske undersøgelse af menneskelige skeletter.

"Vi er i stand til at tage meget små, knogleprøver i nanoskala og bestem knogles proteinsignaturer, "sagde Deepak Vashishth, leder af Institut for Biomedicinsk Teknik på Rensselaer, der ledede undersøgelsen. "Dette er relativt hurtigt, let måde for os at bestemme knoglens historie - hvordan og hvornår den dannedes - samt knoglens kvalitet, og sandsynligheden for brud. "

Resultaterne af undersøgelsen, med titlen "Biokemisk karakterisering af større knoglematrixproteiner ved hjælp af knoglerum og proteomikmetoder i nanoskala-størrelse, "blev frigivet online i slutningen af ​​maj af tidsskriftet Molekylær og cellulær proteomik. Tidsskriftet, udgivet af American Society for Biochemistry and Molecular Biology, vil også indeholde papiret i en kommende printudgave.

Forskningen, finansieret af U.S.National Institutes of Health, blev udført i laboratorierne på Center for Bioteknologi og Tværfaglige Studier på Rensselaer.

Knogler består primært af mineral, med den resterende mængde bestående af organisk materiale. Langt størstedelen af ​​det organiske materiale er kollagen. Det resterende ikke-kollagenholdige organiske materiale er en blanding af andre proteiner, som danner en sammenkoblet matrix. Kvaliteten af ​​denne matrix varierer meget med alderen, ernæring, og sygdom. Vashishth og hans forskningsgruppe undersøger denne knoglematrix for at bestemme, hvordan interaktion og modifikation af individuelle proteiner påvirker udviklingen, struktur, og styrken af ​​den samlede knogle.

I dette studie, de parrede laseroptagelsesmikroskopi med flere andre teknikker for at skabe en helt ny metode til analyse af knoglematrix. Analysen giver data om koncentrationen af ​​forskellige proteiner i knoglematricen, hvilket igen fører til nøgleinformation om knoglen - f.eks. da den blev dannet, hvordan det er blevet ændret, og hvis det er mere eller mindre tilbøjeligt til brud.

Vashishth sagde, at dette er et vigtigt skridt i retning af at forstærke de nuværende osteoporose -diagnoseteknikker, som måler knogletab og mængden af ​​tilstedeværende knogle, med nye, minimalt invasiv, proteomik-drevne teknikker til vurdering af knoglens kvalitet.

Det unge område inden for proteomik fokuserer på strukturen og funktionen af ​​proteiner, og er moden til innovation, Sagde Vashishth. Udtrykket "proteomics" afspejler ordet genomik, undersøgelse af gener. Proteomics søger at afkode det menneskelige proteom ved at dokumentere strukturen, fungere, og interaktioner mellem proteiner.

"Det er et nyt område, fordi knoglebrud altid er blevet set på fra et knoglecalciumperspektiv, et mineralsk perspektiv, og de nuværende osteoporose -behandlingsmetoder er alle rettet mod det, "sagde han." Ved osteoporose, der er meget lidt opmærksomhed på knogleproteiner. Derfor er vi meget begejstrede for vores nye proteomikbaserede metode til at læse en knogles proteinsignatur, og vurdere knoglens kvalitet. Jeg tror, ​​det åbner en ny vej til at nærme sig og studere osteoporose. "

Som alle væv i menneskekroppen, knogler regenererer sig over tid. Knogler regenererer meget langsommere end andre væv, imidlertid, og skelettet tager cirka 10 år at gradvist erstatte sig med nyt væv. Forskellige dele af en knogle regenererer med forskellige hastigheder, hvilket betyder, at nogle områder af en knogle kan være ældre og mere modtagelige for brud, mens andre områder af samme knogle er nyere og mere robuste. Ældre og yngre dele af en knogle har forskellige proteinsignaturer og reagerer forskelligt på medicinske behandlinger. Vashishth sagde, at hans nye metode er en nem måde at hjælpe med at skelne mellem forskellige ældrede områder af knogler, bestemme deres kvalitet, og forudsige deres modtagelighed for brud.

Endelig, sammen med at skubbe det nye felt inden for knogleproteomik og åbne nye muligheder for at studere og behandle osteoporose, Vashishths fund kan vise sig nyttige for forskere på andre områder, der beskæftiger sig med knogler. Retsmedicin, biologi, antropologi, arkæologi, og andre områder, hvor knogleprøver virkelig er sjældne, lille, og dyrebar ville sandsynligvis finde det nyttigt at analysere knogleproteinsignaturer med minimal skade på knogleprøven, han sagde. Disse proteinsignaturoplysninger kunne give ny indsigt i, hvordan knogler blev dannet, sammen med ernæringen og kosten for disse personer.