En una investigación que algún día podría conducir a avances contra enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer y el Parkinson, Investigadores de ingeniería de la Universidad de Michigan han demostrado una técnica para medir con precisión las propiedades de moléculas de proteínas individuales que flotan en un líquido.

Las proteínas son esenciales para el funcionamiento de todas las células. La medición de sus propiedades en sangre y otros fluidos corporales podría revelar información valiosa, ya que las moléculas son un bloque de construcción vital en el cuerpo. El cuerpo los fabrica en una variedad de formas complejas que pueden transmitir mensajes entre células, transportar oxígeno y realizar otras funciones importantes.

Algunas veces, sin embargo, las proteínas no se forman correctamente. Los científicos creen que algunos tipos de estas proteínas deformadas, llamados amiloides, pueden agruparse en masas en el cerebro. Los ovillos pegajosos bloquean la función celular normal, que conduce a la degeneración y enfermedad de las células cerebrales.

Pero los procesos de cómo los amiloides se forman y se agrupan no se comprenden bien. Esto se debe en parte al hecho de que actualmente no existe una buena manera de estudiarlos. Los investigadores dicen que los métodos actuales son costosos, lleva mucho tiempo y es difícil de interpretar, y solo puede proporcionar una imagen amplia del nivel general de amiloides en el sistema de un paciente.

Los investigadores de la Universidad de Michigan y la Universidad de Friburgo que desarrollaron la nueva técnica creen que podría ayudar a resolver el problema midiendo la forma de una molécula individual. volumen, carga eléctrica, velocidad de rotación y propensión a unirse a otras moléculas.

Ellos llaman a esta información una "huella digital 5-D" y creen que podría descubrir nueva información que algún día podría ayudar a los médicos a rastrear el estado de los pacientes con enfermedades neurodegenerativas y posiblemente incluso desarrollar nuevos tratamientos. Su trabajo se detalla en un artículo publicado en Nanotecnología de la naturaleza .

"Imagínese el desafío de identificar a una persona específica basándose únicamente en su altura y peso, "dijo David Sept, un profesor de ingeniería biomédica de la U-M que trabajó en el proyecto. "Ese es esencialmente el desafío al que nos enfrentamos con las técnicas actuales. Imagínese cuánto más fácil sería con descriptores adicionales como género, color de pelo y ropa. Ese es el tipo de información nueva que proporciona la toma de huellas dactilares 5-D, lo que hace que sea mucho más fácil identificar proteínas específicas ".

Michael Mayer, el autor principal del estudio y ex investigador de la UM que ahora es profesor de biofísica en el Instituto Adolphe Merkle de Suiza, dice que identificar proteínas individuales podría ayudar a los médicos a controlar mejor el estado de la enfermedad de un paciente, y también podría ayudar a los investigadores a comprender mejor exactamente cómo las proteínas amiloides están involucradas con las enfermedades neurodegenerativas.

Para tomar las medidas detalladas, El equipo de investigación utiliza un nanoporo de 10 a 30 nanómetros de ancho, tan pequeño que solo puede pasar una molécula de proteína a la vez. Los investigadores llenaron el nanoporo con una solución salina y pasaron una corriente eléctrica a través de la solución.

Cuando una molécula de proteína cae a través del nanoporo, su movimiento provoca diminutos, fluctuaciones mensurables en la corriente eléctrica. Midiendo cuidadosamente esta corriente, los investigadores pueden determinar la firma de cinco dimensiones única de la proteína e identificarla casi instantáneamente.

"Las moléculas de amiloide no solo varían mucho en tamaño, pero tienden a agruparse en masas que son aún más difíciles de estudiar, "Mayer dijo." Debido a que puede analizar cada partícula una por una, este nuevo método nos da una ventana mucho mejor sobre cómo se comportan los amiloides dentro del cuerpo ".

Por último, el equipo tiene como objetivo desarrollar un dispositivo que los médicos e investigadores puedan utilizar para medir rápidamente las proteínas en una muestra de sangre u otro fluido corporal. Es probable que este objetivo falte varios años; mientras tanto, están trabajando para mejorar la precisión de la técnica, perfeccionándola para obtener una mejor aproximación de la forma de cada proteína. Creen que en el futuro la tecnología también podría ser útil para medir proteínas asociadas con enfermedades cardíacas y también en una variedad de otras aplicaciones.

"Creo que las posibilidades son bastante amplias, "Sept dijo." Anticuerpos, hormonas más grandes, tal vez se puedan detectar todos los patógenos. Las nanopartículas sintéticas también podrían caracterizarse fácilmente para ver qué tan uniformes son ".

El estudio se titula "Aproximación de formas en tiempo real y toma de huellas dactilares de proteínas individuales utilizando un nanoporo".