Pesquisadores da Universidade de Wisconsin-Madison desenvolveram um método que combina nanopartículas pegajosas com medição de proteína de alta precisão para capturar e analisar um marcador comum de doença cardíaca para revelar detalhes que antes eram inacessíveis.

O novo método, um sistema conhecido como nanoproteômica, captura e mede efetivamente várias formas da proteína troponina I cardíaca, ou cTnI, um biomarcador de dano cardíaco usado atualmente para ajudar a diagnosticar ataques cardíacos e outras doenças cardíacas. Um teste eficaz das variações da cTnI poderia um dia fornecer aos médicos uma melhor capacidade de diagnosticar doenças cardíacas, a principal causa de morte nos EUA

UW-Madison Professor de Biologia Celular e Regenerativa e Química Ying Ge, O professor de química Song Jin e os alunos de pós-graduação em química Timothy Tiambeng e David Roberts lideraram o trabalho, que foi publicado em 6 de agosto na revista Nature Communications . Os pesquisadores agora planejam usar seu novo método para associar as várias formas de cTnI a doenças cardíacas específicas, como um passo para o desenvolvimento de um novo teste diagnóstico.

Os médicos atualmente usam um teste baseado em anticorpos chamado ELISA para ajudar a diagnosticar ataques cardíacos com base em níveis elevados de cTnI na amostra de sangue do paciente. Embora o teste ELISA seja sensível, os pacientes podem ter altos níveis de cTnI no sangue sem ter doenças cardíacas, o que pode levar a tratamentos caros e desnecessários para os pacientes.

"Então, queremos usar nosso sistema nanoproteômico para examinar mais detalhes em várias formas modificadas dessa proteína, em vez de apenas medir sua concentração, "diz Ge, que também é diretor do Programa de Proteômica Humana na Escola de Medicina e Saúde Pública da UW. "Isso ajudará a revelar as impressões digitais moleculares da cTnI de cada paciente para medicina de precisão."

Medir proteínas de baixa concentração no sangue, como cTnI, é um problema clássico da agulha no palheiro. Cru, biomarcadores significativos de doenças são completamente dominados por proteínas comuns e inúteis para o diagnóstico no sangue. Os métodos atuais usam anticorpos para enriquecer e capturar proteínas em uma amostra complexa para identificar e quantificar proteínas. Mas os anticorpos são caros, têm variações de lote para lote, e pode gerar resultados inconsistentes.

Para capturar cTnI e superar algumas das limitações dos anticorpos, os pesquisadores projetaram nanopartículas de magnetita, uma forma magnética de óxido de ferro, e ligou-o a um péptido de 13 aminoácidos de comprimento concebido para se ligar especificamente a cTnI. O peptídeo se liga à cTnI em uma amostra de sangue, e as nanopartículas podem ser coletadas juntas usando um ímã. Nanopartículas e peptídeos são facilmente produzidos em laboratório, tornando-os baratos e consistentes.

Usando as nanopartículas, os pesquisadores foram capazes de enriquecer efetivamente a cTnI em amostras de sangue e tecido cardíaco humano. Em seguida, eles usaram espectrometria de massa avançada, que pode distinguir diferentes proteínas por sua massa, para não apenas obter uma medição precisa da cTnI, mas também para avaliar as várias formas modificadas da proteína.

Como muitas proteínas, A cTnI pode ser modificada pelo corpo dependendo de fatores como uma doença subjacente ou mudanças no ambiente. No caso da cTnI, o corpo adiciona vários números de grupos fosfato, pequenos marcadores moleculares que podem alterar a função da cTnI. Essas variações são sutis e difíceis de rastrear.

"Mas com espectrometria de massa de alta resolução, podemos agora "ver" esses detalhes moleculares das proteínas, como o iceberg escondido sob a superfície, "diz Ge.

Tiambeng e Roberts decidiram testar se conseguiam distinguir as várias formas de cTnI que podem ser encontradas nas amostras de sangue dos pacientes. Eles aumentaram o soro do sangue com proteínas de corações de doadores que eram normais, doente, ou de um doador morto. Em seguida, eles usaram suas nanopartículas para capturar cTnI e mediram a proteína usando espectrometria de massa.

Como esperado, os cientistas puderam observar padrões claramente diferentes nos tipos de cTnI prevalentes em cada tipo de tecido cardíaco. Os corações saudáveis ​​tendiam a ter muitos cTnI com vários grupos de fosfato anexados, por exemplo, enquanto os corações doentes tinham cTnI que tinha menos fosfato e o coração post-mortem tinha cTnI quebrado em pedaços.

Embora este ainda seja um estudo de prova de conceito e mais pesquisas sejam necessárias, é essa capacidade de associar um padrão de variações da cTnI à saúde do coração que os pesquisadores esperam que um dia possa produzir uma nova ferramenta de diagnóstico para ajudar quando os pacientes vierem ao hospital com suspeita de doença cardíaca. Os pesquisadores entraram com um pedido de patente sobre a nova tecnologia por meio da Wisconsin Alumni Research Foundation.

"Gostamos de pensar que um futuro exame de sangue baseado em nosso trabalho aqui poderia ser complementar ao atual teste ELISA, "diz Jin." No futuro, quando o ELISA mostra um nível elevado de cTnI, seu médico pode solicitar um teste abrangente de nanoproteômica para determinar se é causada por doença cardíaca ou não, e identificar diferentes tipos de doenças cardíacas, para um tratamento mais preciso, evitando cuidados e despesas desnecessárias para os pacientes ".