Los científicos han obtenido una gran cantidad de información clave sobre las proteínas, los caballos de batalla moleculares de todas las células, de células humanas individuales por primera vez.

La reserva de información sobre proteínas, la mayor cantidad de datos de este tipo jamás recopilados de una sola célula de mamífero, les da a los científicos una de las miradas más claras hasta ahora sobre los sucesos moleculares dentro de una célula humana. Estos datos pueden revelar si una célula es una célula cancerosa rebelde, una célula pancreática defectuosa involucrada en la diabetes, o un jugador molecular importante para la supervivencia de un bebé prematuro.

Estos eventos y muchos más están determinados por las acciones de las proteínas en las células. Hasta ahora, Era difícil conseguir información detallada sobre las proteínas dentro de las células individuales. Los datos en bruto (la cantidad de cada proteína) en una célula son extraordinariamente escasos y difíciles de medir. Eso se debe en gran parte a que los científicos no pueden amplificar las proteínas de la forma en que lo hacen con los genes u otros mensajeros moleculares.

Ahora, en un estudio publicado en Angewandte Chemie , científicos del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico del Departamento de Energía, trabajando con contrapartes en el Centro Médico de la Universidad de Rochester, muestran cómo pudieron aprender una cantidad sin precedentes de información sobre las proteínas dentro de muestras de células pulmonares humanas individuales.

Los científicos analizaron células individuales, primero de células cultivadas y luego de los pulmones de un donante humano, y detectaron en promedio más de 650 proteínas en cada célula, muchas veces más que las técnicas convencionales de captura de células individuales.

El equipo, incluidos los químicos analíticos Ying Zhu y Ryan Kelly y los bioquímicos Geremy Clair y Charles Ansong, hizo los hallazgos gracias a una tecnología creada en EMSL, el Laboratorio de Ciencias Moleculares Ambientales, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE ubicada en PNNL. El equipo desarrolló la tecnología, llamados nanoPOTS, para medir proteínas en una pequeña, cantidad de material casi inimaginable.

"NanoPOTS es como un microscopio molecular que nos permite analizar muestras que son 500 veces más pequeñas de lo que podíamos ver antes, "dijo Kelly, el autor correspondiente del artículo. "Podemos identificar más proteínas en una célula de las que se podrían identificar previamente en un grupo de cientos de células".

Eso es importante por un par de razones. Algunas proteínas ejercen una inmensa influencia dentro de una célula, quizás determinando si la célula vivirá, morir, mutar o viajar a otra parte del cuerpo, incluso cuando se encuentran en niveles muy bajos que son indetectables con los métodos actuales.

Además, las tecnologías convencionales normalmente analizan cientos o miles de células, agruparlos en un solo lote para su análisis. Esos hallazgos representan una visión promedio de lo que está sucediendo en ese tejido; hay poca información sobre lo que está sucediendo realmente en una celda específica. Eso es un problema si hay variabilidad de una célula a otra:si algunas células se comportan normalmente mientras que otras células son cancerosas, por ejemplo.

En el estudio actual, el equipo analizó las proteínas en una muestra de líquido que es menos de una diezmilésima parte de una cucharadita. Dentro de esa muestra, las proteínas ascendían a sólo 0,15 nanogramos, más de diez millones de veces más pequeñas que el peso de un mosquito típico.

Una vez que los científicos tienen en sus manos un producto tan valioso, las entrañas de una sola célula humana, lo someten a una batería de pasos de procesamiento para prepararse para el análisis. Pero trabajar con una muestra tan pequeña ha planteado obstáculos importantes para el análisis de una sola celda. A medida que el material se transfiere de un tubo de ensayo a otro, de máquina en máquina, parte de la muestra se pierde en cada etapa. Cuando la muestra original asciende a no más que una gota microscópica, perder incluso una pequeña parte de la muestra es catastrófico.

Zhu y Kelly desarrollaron nanoPOTS, que significa procesamiento de nanodroplet en un solo recipiente para muestras de seguimiento, para abordar este problema de pérdida de muestra. La tecnología es una plataforma automatizada para capturar, maniobras, probar y medir pequeñas cantidades de líquido. Las claves de la tecnología incluyen un robot que dispensa el fluido a una ubicación con una precisión de una millonésima parte de un metro, moviéndose entre pozos diminutos que minimizan la cantidad de área de superficie sobre la que las proteínas podrían adherirse.

Dentro de esos diminutos pozos los científicos ejecutan varios pasos para aislar las proteínas del resto de la muestra. Luego, el material se introduce en un espectrómetro de masas que separa y mide cada uno de los cientos de proteínas.

Todo dicho, la tecnología reduce las pérdidas de muestras en más del 99 por ciento en comparación con otras tecnologías, dar a los científicos suficiente material escaso para realizar mediciones significativas, para saber qué proteínas están en niveles altos y cuáles en niveles bajos. Esa es información vital al comparar, por ejemplo, células cerebrales de una persona con la enfermedad de Alzheimer a las de una persona no afectada, o mirar las células cancerosas en comparación con las células cercanas que están sanas.