Te małe czujniki mogą wcześnie wykryć raka
Nowe badania wykorzystują nanoczujniki do wykrywania interakcji białko-białko, które mogą sygnalizować raka. Odkrycia mogą okazać się szczególnie przydatne do identyfikacji białaczki limfocytowej znacznie wcześniej.
Rak jest jedną z głównych przyczyn zgonów zarówno w Stanach Zjednoczonych, jak i na świecie. Według National Cancer Institute w 2012 roku na świecie było ponad 8 milionów zgonów związanych z rakiem, a ponad 600000 osób w USA może umrzeć z powodu tej choroby w 2018 roku.
Wczesne wykrycie tej zagrażającej życiu choroby ma kluczowe znaczenie, a naukowcy ciężko pracują nad opracowaniem nowszych i skuteczniejszych sposobów jak najszybszego diagnozowania raka.
Obecnie nowe badania wykorzystują maleńkie czujniki do wykrywania drobnych zmian molekularnych, które mogą wskazywać na raka.
Liviu Movileanu, profesor fizyki w College of Arts and Sciences na Syracuse University w Nowym Jorku, wraz z Avinashem Kumarem Thakurem, doktorantem fizyki z Syracuse, szczegółowo opisują rolę tych nanoczujników w artykule opublikowanym w czasopiśmie Nature Biotechnology.
Jak wyjaśnia prof. Movileanu, nanoczujniki mogą być szczególnie pomocne w wykrywaniu białaczki limfocytowej, formy raka, która zaczyna się w szpiku kostnym i rozprzestrzenia się do krwi.
W USA prawdopodobnie w 2018 roku wystąpi prawie 21000 nowych przypadków białaczki limfocytowej, w wyniku czego ponad 4500 osób może umrzeć.
Jak działają nanoczujniki
Nanoczujniki pochodzące z laboratorium prof. Movileanu mogą wykrywać tzw. Interakcje białko-białko (PPI), czyli procesy niezbędne do rozwoju komórek.
Tak zwany interakcjom odnosi się do „pełnej mapy interakcji białek, które mogą wystąpić w żywym organizmie”. Interaktomika - czyli mapowanie interakcjomu przy użyciu najnowocześniejszych technik technologicznych i obliczeniowych - jest kwitnącą dziedziną biofizyki, która bada konsekwencje tych interakcji.
PPI zależą od wielu czynników, takich jak typ komórki, jej stadium rozwojowe i warunki środowiskowe. Niektóre PPI są stabilne, ale inne są przejściowe.
Na przykład interakcje potrzebne do aktywacji ekspresji genów lub te, które wpływają na sygnalizację komórkową i rozwój komórek rakowych, są przejściowe, co oznacza, że trwają tylko około milisekundy.
Ulotny charakter tych PPI utrudnia ich wykrycie za pomocą obecnie dostępnych metod.
Jednak nanoczujniki pochodzące z laboratorium prof. Movileanu omijają tę przeszkodę, tworząc mały otwór w błonie komórkowej, przez który przepływa prąd elektryczny.
Kiedy białka przechodzą przez te małe otwory lub nanopory, zmieniają intensywność prądu elektrycznego. Te zmiany ujawniają tożsamość i właściwości każdego białka.
„Dane zebrane z pojedynczej próbki białka są ogromne” - mówi prof. Movileanu, który uzyskał tytuł doktora. Doktorat z fizyki doświadczalnej na Uniwersytecie w Bukareszcie w Rumunii, a obecnie jest członkiem grupy badawczej zajmującej się biofizyką i biomateriałami na Wydziale Fizyki w Syracuse.
„Nasze nanostruktury pozwalają nam obserwować zdarzenia biochemiczne w sposób czuły, specyficzny i ilościowy” - kontynuuje badacz. „Następnie możemy dokonać solidnej oceny pojedynczej próbki białka”.
„Szczegółowa wiedza na temat ludzkiego genomu otworzyła nową granicę dla identyfikacji wielu funkcjonalnych białek zaangażowanych w krótkie fizyczne powiązania z innymi białkami” - kontynuuje naukowiec.
„Perturbacje w sile tych PPI prowadzą do chorób. Ze względu na przejściowy charakter tych interakcji potrzebne są nowe metody ich oceny ”.
Fizyk wyjaśnia również, w jaki sposób precyzyjnie dostrojone mechanizmy wykrywania jego nanoczujników mogą pomóc w walce z rakiem.
„Jeśli wiemy, jak funkcjonują poszczególne części komórki, możemy dowiedzieć się, dlaczego komórka odbiega od normalnej funkcjonalności do stanu przypominającego guz […] Nasze małe czujniki mogą robić duże rzeczy w badaniach przesiewowych biomarkerów, profilowaniu białek i badanie na skalę białek [znane jako proteomika] ”.
Prof. Liviu Movileanu
Prof. Movileanu ma nadzieję, że jego nanoczujniki będą szczególnie przydatne do wykrywania białaczki limfocytowej, stanu, w którym krwinki nie dojrzewają i umierają normalnie, ale „odkładają się w szpiku kostnym i wypierają normalne, zdrowe komórki”.
