Nanopartikler høster usynlige cancerbiomarkører

(PhysOrg.com) - Kræftbiologer har længe antaget, at tumorceller kaster afslørende markører ind i blodet, og at det at finde disse blodbårne biomarkører kunne give en tidlig indikator for, at kræft udvikler sig et sted i kroppen. Selvom der har været visse fremskridt med at finde sådanne markører, forskere er i vid udstrækning blevet forhindret i denne forfølgelse af det faktum, at sådanne proteiner er til stede i spormængder, der er dækket af de få proteiner, der er til stede i langt større mængder, såsom albumin og antistoffer.

Nu, et forskerhold ved George Mason University har vist, at de kan fiske de "usynlige" proteiner ud, der er maskeret af albumin og andre højkoncentrationsproteiner, ved hjælp af porøse nanopartikler dekoreret med en række kemisk lokkemad, hver designet til at høste specifikke typer sporproteiner fra kropsvæsker. Endnu bedre, at hægte disse proteiner på lokkemad, som er begravet i nanopartiklernes porer, beskytter dem mod nedbrydning, indtil de kan frigives og analyseres ved hjælp af massespektroskopi.

Alessandra Luchini stod i spidsen for det internationale team af efterforskere, der designede og testede de agnfyldte kerneskal-nanopartikler. Efterforskerne offentliggjorde deres arbejde i Journal of the American Chemical Society .

Core-shell hydrogel nanopartikler er blevet udråbt som potentielle protein lægemiddel levering vehikler, der ville sekvestrere disse lægemidler fra virkningen af ​​protein nedbrydende enzymer i blodet, indtil de når deres mål i kroppen. Luchini og hendes samarbejdspartnere vendte dette paradigme på hovedet, vælger at bruge dem til i stedet at fjerne proteiner fra blodet, indtil de sikkert kan opsamles. Nøglen var at identificere et sæt af 17 molekyler, som forskerne kunne vedhæfte inde i de hulrumsstrukturer, der findes i hydrogeler. Disse hulrum er store nok til at lukke de fleste proteiner ind, men er for små til de relativt gigantiske proteiner, der er overvejende udbredt i blod og andre biologiske væsker. For at forhindre mindre fragmenter af albumin, som også er en vigtig blodkomponent, fra at trænge ind i nanopartiklerne, efterforskerne tilføjede den ydre skal den kemiske vinylsulfonsyre, eller VSA, der aktivt udelukker albuminfragmenter af alle størrelser.

For lokkemad molekyler, Luchini og hendes kolleger startede med nogle få farvestofmolekyler, som biokemikere har brugt som proteinbindende midler og hæmmere af protein-protein-interaktioner i kromatografiforsøg. Arbejder ud fra de kemiske strukturer af disse molekyler, efterforskerne skabte et sæt farvestoffer, som de derefter kunne reagere med deres kerneskallede hydrogel-nanopartikler. De blander derefter de resulterende nanopartikler med en biologisk væske - fuldblod, urin, og sved, for eksempel - og inkuberes i 15 minutter. Partiklerne opsamles ved hjælp af en centrifuge, og de fangede proteiner vaskes ud til analyse ved hjælp af et sæt buffere.

Luchinis hold viste, at nanopartiklerne muliggjorde en 10, 000 gange effektiv amplifikation af proteinniveauer i vaskevæsken sammenlignet med deres koncentration i blodet. Som resultat, de var i stand til at bruge massespektrometri til at identificere en række proteiner, som tidligere ikke kunne påvises i blodet ved hjælp af enhver form for metode, der ville være klinisk nyttig.

Dette arbejde, som blev delvist støttet af National Cancer Institute, er detaljeret i et papir med titlen, "Multifunktionelle Core-Shell-nanopartikler:Opdagelse af tidligere usynlige biomarkører." Efterforskere fra Stockholm Universitet i Sverige, Instituto Superiore di Sanità i Rom, Italien, og universitetet i Torino i Italien deltog også i denne undersøgelse.