Os cientistas obtiveram uma série de informações importantes sobre as proteínas, os burros de carga moleculares de todas as células, a partir de células humanas individuais pela primeira vez.

O estoque de informações sobre proteínas - a maior quantidade desses dados já coletados de uma única célula de mamífero - dá aos cientistas uma de suas visões mais claras sobre os acontecimentos moleculares dentro de uma célula humana. Esses dados podem revelar se uma célula é uma célula cancerosa nociva, uma célula pancreática com defeito envolvida no diabetes, ou um jogador molecular importante para a sobrevivência de um prematuro.

Esses eventos e muitos mais são determinados pelas ações das proteínas nas células. Até agora, informações detalhadas sobre proteínas dentro de células individuais eram difíceis de obter. Os dados "brutos - a quantidade de cada proteína - em uma célula são extraordinariamente escassos e difíceis de medir. Isso ocorre principalmente porque os cientistas não podem amplificar proteínas da maneira como fazem com os genes ou outros mensageiros moleculares.

Agora, em um estudo publicado em Angewandte Chemie , cientistas do Laboratório Nacional do Noroeste do Pacífico do Departamento de Energia, trabalhando com colegas do University of Rochester Medical Center, mostram como eles foram capazes de aprender uma quantidade sem precedentes de informações sobre as proteínas em amostras de células de pulmão humano.

Os cientistas analisaram células individuais, primeiro de células cultivadas e, em seguida, dos pulmões de um doador humano, e detectou, em média, mais de 650 proteínas em cada célula - muitas vezes mais do que as técnicas convencionais de captura de células individuais.

O time, incluindo os químicos analíticos Ying Zhu e Ryan Kelly e os bioquímicos Geremy Clair e Charles Ansong, fez as descobertas graças a uma tecnologia criada na EMSL, o Laboratório de Ciências Moleculares Ambientais, uma instalação de usuário do DOE Office of Science localizada em PNNL. A equipe desenvolveu a tecnologia, chamados nanoPOTS, para medir proteínas em um minúsculo, quantidade quase inimaginável de material.

"O NanoPOTS é como um microscópio molecular que nos permite analisar amostras 500 vezes menores do que podíamos ver antes, "disse Kelly, o autor correspondente do artigo. "Podemos identificar mais proteínas em uma célula do que poderia ser identificado anteriormente em um grupo de centenas de células."

Isso é importante por alguns motivos. Algumas proteínas exercem imensa influência dentro de uma célula, talvez determinando se a célula viverá, morrer, sofrer mutação ou viajar para outra parte do corpo, mesmo quando estão em níveis muito baixos que são indetectáveis ​​com os métodos atuais.

Além disso, as tecnologias convencionais normalmente analisam centenas ou milhares de células, agrupá-los em um lote para análise. Essas descobertas representam uma visão média do que está acontecendo naquele tecido; há poucos insights sobre o que realmente está acontecendo em uma célula específica. Isso é um problema se houver variabilidade de célula para célula - se algumas células estão se comportando normalmente enquanto outras células são cancerosas, por exemplo.

No estudo atual, a equipe analisou as proteínas em uma amostra de fluido que é inferior a um décimo de milésimo de uma colher de chá. Dentro dessa amostra, as proteínas somavam apenas 0,15 nanogramas - mais de dez milhões de vezes menor que o peso de um mosquito típico.

Assim que os cientistas têm em mãos uma mercadoria tão valiosa - as entranhas de uma única célula humana - eles a colocam em uma bateria de etapas de processamento para se preparar para a análise. Mas trabalhar com uma amostra tão pequena representou obstáculos significativos para a análise de uma única célula. À medida que o material é transferido de um tubo de ensaio para outro, de máquina para máquina, parte da amostra é perdida em todos os estágios. Quando a amostra original equivale a não mais do que uma gota microscópica, perder até mesmo uma pequena parte da amostra é catastrófico.

Zhu e Kelly desenvolveram nanoPOTS, que significa nanodroplet Processing in One pot for Trace Samples, para resolver este problema de perda de amostra. A tecnologia é uma plataforma automatizada para capturar, manobra, testar e medir pequenas quantidades de fluido. As chaves para a tecnologia incluem um robô que dispensa o fluido em um local com uma precisão de um milionésimo de metro, movendo-se entre pequenos poços que minimizam a quantidade de área de superfície na qual as proteínas podem se aglomerar.

Dentro desses pequenos poços, os cientistas executam várias etapas para isolar as proteínas do resto da amostra. Então, o material é alimentado em um espectrômetro de massa que separa e mede cada uma das centenas de proteínas.

Tudo dito, a tecnologia reduz as perdas de amostra em mais de 99 por cento em comparação com outras tecnologias, dando aos cientistas o suficiente do material escasso para fazer medições significativas - para dizer quais proteínas estão em níveis altos e quais estão em níveis baixos. Essa é uma informação vital ao comparar, por exemplo, células cerebrais de uma pessoa com doença de Alzheimer para as de uma pessoa não afetada, ou olhando para células cancerosas em comparação com células vizinhas que são saudáveis.