El cáncer arroja escasos indicios químicos de su presencia desde el principio, pero desafortunadamente, muchos de ellos pertenecen a una clase de bioquímicos que no se pudieron detectar a fondo, hasta ahora.

Investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia han diseñado una trampa química que atrapa de manera exhaustiva lo que se llaman glicoproteínas, incluyendo rastros minúsculos que previamente han escapado a la detección.

Las glicoproteínas son moléculas de proteínas unidas con moléculas de azúcar, y son muy comunes en todos los seres vivos. Las glicoproteínas vienen en innumerables variedades y tamaños y forman estructuras celulares importantes como los receptores celulares. También deambulan por nuestro cuerpo en secreciones como moco u hormonas.

Pero algunas glicoproteínas son muy, muy raro y puede servir como una señal temprana, o biomarcador, lo que indica que hay algo mal en el cuerpo, como el cáncer. Los métodos existentes para recolectar glicoproteínas para el examen de laboratorio son relativamente nuevos y han tenido grandes agujeros en sus redes. tantas de estas moléculas, especialmente aquellos muy raros, han tendido a escabullirse.

Rastros cancerosos

"Estos pequeños rastros son de vital importancia para la detección temprana de enfermedades, "dijo el investigador principal Ronghu Wu, profesor de la Escuela de Química y Bioquímica de Georgia Tech. "Cuando el cáncer recién está comenzando, Las glicoproteínas aberrantes se producen y secretan en los fluidos corporales como la sangre y la orina. A menudo, su abundancia es extremadamente baja, pero atraparlos es urgente ".

Esta nueva trampa química, que a los químicos de Georgia Tech les llevó varios años desarrollar y se basa en un ácido borónico, ha demostrado ser extremadamente eficaz en pruebas de laboratorio, incluidas células humanas cultivadas y muestras de tejido de ratón.

"Este método es muy universal, "dijo el primer autor Haopeng Xiao, un asistente de investigación graduado. "Superamos el 1, 000 glicoproteínas en una muestra de laboratorio realmente pequeña ".

En pruebas de comparación con métodos existentes, la trampa química, una compleja construcción molecular que recuerda a un pulpo, capturaron exponencialmente más glicoproteínas, especialmente más de esas glicoproteínas traza.

Wu, Xiao y Weixuan Chen, un ex investigador postdoctoral de Georgia Tech, quien también fue el primer autor del estudio, publicaron sus resultados en la revista Nature Communications. La investigación fue financiada por la National Science Foundation y los National Institutes of Health.

Errores borónicos

Para los genios de la química, aquí hay un breve resumen de cómo los investigadores hicieron el pulpo. Tomaron algo bueno y lo duplicaron y luego lo triplicaron.

Aquellos que recuerdan la clase de química de la escuela secundaria aún pueden saber qué es el ácido bórico, al igual que las personas que lo usan para matar cucarachas. Su estructura química es un átomo de boro unido a tres grupos hidroxilo (H3BO3).

Los ácidos borónicos son una familia de compuestos orgánicos que se basan en el ácido bórico. Hay muchos miembros de la familia del ácido borónico, y tienden a unirse bien con las glicoproteínas, pero sus vínculos pueden ser menos fiables de lo necesario.

"La mayoría de los ácidos borónicos dejan escapar demasiadas glicoproteínas de baja abundancia, ", Dijo Wu." Pueden atrapar glicoproteínas que están en alta abundancia, pero no las que tienen poca abundancia, los que nos dicen cosas más valiosas sobre el desarrollo celular o sobre las enfermedades humanas ".

Pulpo benzoboroxol

Pero los químicos de Georgia Tech pudieron aprovechar las fortalezas de los ácidos borónicos para desarrollar un método de captura de glicoproteínas que funciona excepcionalmente bien.

Primero, probaron varios derivados del ácido borónico y encontraron que uno llamado benzoboroxol se unía fuertemente con cada componente de azúcar en el glicopéptido. ("Péptido" se refiere a la composición química básica de una proteína).

Luego, unieron muchas moléculas de benzoboroxol junto con otros componentes para formar un "dendrímero, "que se refiere a la estructura resultante en forma de rama o tentáculo. La molécula grande terminada se parecía a un pulpo listo para perseguir esos componentes de azúcar.

En su medio, colocado de manera similar a la cabeza de un pulpo, era una cuenta magnética, que actuó como una especie de asa. Una vez que el dendrímero atrapó una glicoproteína, los investigadores usaron un imán para agarrar la cuenta y sacar su pulpo químico junto con sus glicopéptidos atrapados (por ejemplo, glicoproteínas).

"Luego lavamos el dendrímero con una solución de pH bajo, y analizamos las glicoproteínas con cosas como espectrometría de masas, "Dijo Wu.

¿Tratamientos contra el cáncer?

Los investigadores tienen algunas ideas sobre cómo los investigadores de laboratorios médicos podrían hacer un uso práctico del nuevo método de Georgia Tech para detectar biomoléculas extrañas emitidas por el cáncer. como los antígenos. Por ejemplo, el pulpo químico podría mejorar la detección de antígenos específicos de la próstata (PSA) en los exámenes de detección del cáncer de próstata.

"El PSA es una glicoproteína. En este momento, si el nivel es muy alto, sabemos que el paciente puede tener cáncer, y si es muy bajo sabemos que el cáncer no es probable, "Dijo Wu." Pero hay un área gris en el medio, y este método podría dar lugar a información mucho más detallada en esa zona gris ".

Los investigadores también creen que los desarrolladores podrían aprovechar la invención química para producir tratamientos específicos contra el cáncer. Las células inmunes podrían entrenarse para reconocer las glicoproteínas aberrantes, rastrear sus células cancerosas de origen en el cuerpo y matarlas.

El potencial científico de la investigación va mucho más allá de sus posibles aplicaciones médicas futuras.

Los campos de la genómica y la proteómica han logrado grandes avances. Siguiendo sus pasos, esta nueva trampa molecular podría hacer avanzar el estudio del creciente campo de la glucociencia.