Investigadores de la Universidad de Wisconsin-Madison han desarrollado un método que combina nanopartículas pegajosas con medición de proteínas de alta precisión para capturar y analizar un marcador común de enfermedad cardíaca para revelar detalles que antes eran inaccesibles.

El nuevo método un sistema conocido como nanoproteómica, captura y mide eficazmente diversas formas de la proteína troponina cardíaca I, o cTnI, un biomarcador de daño cardíaco que se utiliza actualmente para ayudar a diagnosticar ataques cardíacos y otras enfermedades cardíacas. Una prueba eficaz de las variaciones de cTnI podría algún día proporcionar a los médicos una mejor capacidad para diagnosticar enfermedades cardíacas, la principal causa de muerte en los EE. UU.

Profesor de Biología y Química Celular y Regenerativa de la UW-Madison Ying Ge, El profesor de química Song Jin y los estudiantes graduados de química Timothy Tiambeng y David Roberts dirigieron el trabajo. que se publicó el 6 de agosto en la revista Comunicaciones de la naturaleza . Los investigadores ahora planean usar su nuevo método para asociar las diversas formas de cTnI con enfermedades cardíacas específicas como un paso hacia el desarrollo de una nueva prueba de diagnóstico.

Actualmente, los médicos utilizan una prueba basada en anticuerpos llamada ELISA para ayudar a diagnosticar ataques cardíacos en función de los niveles elevados de cTnI en la muestra de sangre del paciente. Si bien la prueba ELISA es sensible, los pacientes pueden tener niveles altos de cTnI en la sangre sin tener una enfermedad cardíaca, lo que puede dar lugar a tratamientos costosos e innecesarios para los pacientes.

"Así que queremos usar nuestro sistema nanoproteómico para analizar más detalles de varias formas modificadas de esta proteína en lugar de simplemente medir su concentración". "dice Ge, quien también es director del Programa de Proteómica Humana en la Facultad de Medicina y Salud Pública de la Universidad de Washington. "Eso ayudará a revelar huellas digitales moleculares de cTnI de cada paciente para la medicina de precisión".

La medición de proteínas de baja concentración en la sangre como cTnI es un problema clásico de aguja en un pajar. Raro, Los biomarcadores significativos de la enfermedad están completamente abrumados por proteínas comunes e inútiles para el diagnóstico en la sangre. Los métodos actuales utilizan anticuerpos para enriquecer y capturar proteínas en una muestra compleja para identificar y cuantificar proteínas. Pero los anticuerpos son caros, tienen variaciones de lote a lote, y puede generar resultados inconsistentes.

Para capturar cTnI y superar algunas de las limitaciones de los anticuerpos, los investigadores diseñaron nanopartículas de magnetita, una forma magnética de óxido de hierro, y lo unió a un péptido de 13 aminoácidos de largo diseñado para unirse específicamente a cTnI. El péptido se adhiere a cTnI en una muestra de sangre, y las nanopartículas se pueden recolectar juntas usando un imán. Las nanopartículas y los péptidos se fabrican fácilmente en el laboratorio, haciéndolos baratos y consistentes.

Usando las nanopartículas, Los investigadores pudieron enriquecer eficazmente cTnI en muestras de sangre y tejido cardíaco humano. Luego usaron espectrometría de masas avanzada, que puede distinguir diferentes proteínas por su masa, no solo para obtener una medición precisa de cTnI, sino también para evaluar las diversas formas modificadas de la proteína.

Como muchas proteínas, La cTnI puede ser modificada por el cuerpo dependiendo de factores como una enfermedad subyacente o cambios en el medio ambiente. En el caso de cTnI, el cuerpo agrega varios números de grupos fosfato, pequeñas etiquetas moleculares que pueden cambiar la función de cTnI. Estas variaciones son sutiles y difíciles de rastrear.

"Pero con espectrometría de masas de alta resolución, ahora podemos 'ver' estos detalles moleculares de las proteínas, como el iceberg escondido debajo de la superficie, "dice Ge.

Tiambeng y Roberts decidieron probar si podían distinguir las diversas formas de cTnI que se pueden encontrar en las muestras de sangre de los pacientes. Aumentaron suero sanguíneo con proteínas de corazones de donantes que eran normales, enfermo, o de un donante muerto. Luego usaron sus nanopartículas para capturar cTnI y midieron la proteína usando espectrometría de masas.

Como se esperaba, los científicos pudieron observar patrones claramente diferentes en los tipos de cTnI prevalentes en cada tipo de tejido cardíaco. Los corazones sanos tendían a tener una gran cantidad de cTnI con múltiples grupos fosfato unidos, por ejemplo, mientras que los corazones enfermos tenían cTnI que tenía menos fosfato y el corazón post-mortem tenía cTnI roto en pedazos.

Si bien este es todavía un estudio de prueba de concepto y se necesitará más investigación, Es esta capacidad de asociar un patrón de variaciones de cTnI con la salud del corazón lo que los investigadores esperan que algún día produzca una nueva herramienta de diagnóstico para ayudar cuando los pacientes llegan al hospital con sospecha de enfermedad cardíaca. Los investigadores han presentado una solicitud de patente sobre la nueva tecnología a través de la Wisconsin Alumni Research Foundation.

"Nos gusta pensar que un análisis de sangre futuro basado en nuestro trabajo aquí podría ser complementario a la prueba ELISA actual, "dice Jin." En el futuro, cuando ELISA muestra un nivel elevado de cTnI, su médico puede solicitar una prueba completa de nanoproteómica para determinar si es causada por una enfermedad cardíaca o no, e identificar diferentes tipos de enfermedades cardíacas, para un tratamiento más preciso evitando cuidados y gastos innecesarios para los pacientes ".