새로운 나노입자 기술로 포착한 심장질환 바이오마커

출처: Kateryna Kon/과학 사진 라이브러리/Getty Images

위스콘신 매디슨 대학교(UW-Madison)의 과학자들은 이전에는 접근할 수 없었던 세부 사항을 밝히기 위해 심장 질환의 일반적인 지표를 포착하고 분석하기 위해 고정밀 단백질 측정과 끈적한 나노입자를 결합하는 기술을 개발했다고 밝혔습니다.

새로운 방법인 나노프로테오믹스(nanoproteomics)는 현재 심장 마비 및 기타 심장 질환을 진단하는 데 도움이 되는 심장 손상의 바이오마커인 심장 트로포닌 I(cTnI) 단백질의 다양한 형태를 효과적으로 포착하고 측정합니다. cTnI 변형은 언젠가 의사에게 미국의 주요 사망 원인인 심장병을 진단하는 더 나은 능력을 제공할 수 있습니다.

UW-Madison Ying Ge, PhD, 세포 및 재생 생물학 및 화학 교수, Song Jin, PhD, 화학 교수 및 화학 대학원생 Timothy Tiambeng 및 David Roberts는 "나노단백질체학을 통해 소량의 단백질에 대한 단백질체 분해 분석이 가능합니다"라는 연구를 주도했습니다. 인간 혈청에서'라는 논문이 Nature Communications에 게재되었습니다. 이제 연구자들은 새로운 진단 테스트를 개발하기 위한 단계로서 다양한 형태의 cTnI를 특정 심장 질환과 연관시키는 새로운 방법을 사용할 계획입니다.

"하향식 질량 분석기(MS) 기반 단백질체학은 단백질 기능에 대한 단백질체 전체의 이해를 달성하기 위해 단백질체에 대한 포괄적인 분석을 제공합니다. 그러나 혈액에서 소량의 단백질을 MS로 검출하는 것은 놀라운 역학으로 인해 해결되지 않은 과제로 남아 있습니다. 여기에서는 최적의 심장 바이오마커인 심장 트로포닌 I(cTnI)의 농축 및 포괄적인 분석을 위해 펩타이드 기능화된 초상자성 나노입자(NP)를 하향식 MS와 결합하는 통합 나노프로테오믹스 방법을 직접 개발합니다. 혈청에서"라고 조사관은 썼습니다.

"이러한 NP는 높은 특이성과 재현성으로 cTnI(<1 ng/mL)의 민감한 농축을 가능하게 하는 동시에 인간 혈청 알부민(cTnI보다 >1010 더 풍부)과 같은 매우 풍부한 단백질을 고갈시킵니다. 우리는 하향식 나노프로테오믹스가 다음을 수행할 수 있음을 보여줍니다. 단백질형-병리생리학 관계를 확립하기 위해 다양한 cTnI 단백질형의 고해상도 단백질형 분해 분자 지문을 제공합니다."

"이 확장 가능하고 재현 가능한 무항체 전략은 일반적으로 혈청에서 직접적으로 소량의 단백질에 대한 프로테오폼 분해 분석을 통해 이전에는 달성할 수 없었던 분자 세부 사항을 밝힐 수 있습니다."

의사들은 현재 환자의 혈액 샘플에서 증가된 cTnI 수준을 기반으로 심장마비를 진단하는 데 도움을 주기 위해 항체 기반 ELISA 검사를 사용합니다. ELISA 검사는 민감하지만 환자는 심장병이 없어도 혈액 내 cTnI 수치가 높아 환자에게 비용이 많이 들고 불필요한 치료가 필요할 수 있습니다.

"그래서 우리는 단순히 농도를 측정하는 것이 아니라 이 단백질의 다양한 변형 형태에 대해 더 자세히 조사하기 위해 나노단백질체학 시스템을 사용하고 싶습니다."라고 UW 의과대학 및 공중보건대학원의 인간 단백질체학 프로그램 책임자이기도 한 Ge는 말했습니다. . "이는 정밀 의학을 위해 각 환자로부터 cTnI의 분자 지문을 밝혀내는 데 도움이 될 것입니다."

cTnI와 같은 혈액 내 저농도 단백질을 측정하는 것은 전형적인 건초 더미 문제입니다. 희귀하고 의미 있는 질병의 바이오마커는 혈액 내 일반적이고 진단적으로 쓸모없는 단백질에 의해 완전히 압도됩니다. 현재 방법은 항체를 사용하여 복잡한 샘플에서 단백질을 농축하고 포획하여 단백질을 식별하고 정량화합니다. 그러나 항체는 가격이 비싸고 배치별로 차이가 있으며 일관되지 않은 결과를 생성할 수 있습니다.

cTnI를 포착하고 항체의 일부 한계를 극복하기 위해 연구자들은 산화철의 자성 형태인 자철광 나노입자를 설계하고 이를 cTnI에 특이적으로 결합하도록 설계된 13개 아미노산 길이의 펩타이드에 연결했습니다. 펩타이드는 혈액 샘플의 cTnI에 달라붙고 자석을 사용하여 나노입자를 함께 수집할 수 있습니다. 나노입자와 펩타이드는 실험실에서 쉽게 만들 수 있어 저렴하고 일관성이 있습니다.