Biomarqueur des maladies cardiaques capturé par une nouvelle technologie de nanoparticules

Source : Kateryna Kon/Bibliothèque de photos scientifiques/Getty Images

Des scientifiques de l'Université du Wisconsin-Madison (UW-Madison) affirment avoir développé une technique combinant des nanoparticules collantes avec une mesure protéique de haute précision pour capturer et analyser un marqueur commun des maladies cardiaques afin de révéler des détails auparavant inaccessibles.

La nouvelle méthode, la nanoprotéomique, capture et mesure efficacement diverses formes de la protéine troponine cardiaque I, ou cTnI, un biomarqueur de lésions cardiaques actuellement utilisé pour aider à diagnostiquer les crises cardiaques et d'autres maladies cardiaques, selon l'équipe qui soutient qu'un test efficace de Les variations de cTnI pourraient un jour fournir aux médecins une meilleure capacité à diagnostiquer les maladies cardiaques, la principale cause de décès aux États-Unis

UW-Madison Ying Ge, PhD, professeur de biologie et de chimie cellulaires et régénératives, Song Jin, PhD, professeur de chimie et étudiants diplômés en chimie Timothy Tiambeng et David Roberts ont dirigé l'étude "La nanoprotéomique permet l'analyse résolue par les protéoformes de protéines à faible abondance dans le sérum humain », qui a été publié dans Nature Communications. Les chercheurs envisagent maintenant d'utiliser leur nouvelle méthode pour associer les différentes formes de cTnI à des maladies cardiaques spécifiques comme une étape vers le développement d'un nouveau test de diagnostic.

"La protéomique basée sur la spectrométrie de masse descendante (MS) fournit une analyse complète des protéoformes pour parvenir à une compréhension à l'échelle du protéome des fonctions des protéines. Cependant, la détection par MS des protéines à faible abondance dans le sang reste un défi non résolu en raison de l'extraordinaire dynamique gamme du protéome sanguin Ici, nous développons une méthode intégrée de nanoprotéomique couplant des nanoparticules superparamagnétiques (NP) fonctionnalisées par des peptides avec une MS descendante pour l'enrichissement et l'analyse complète de la troponine cardiaque I (cTnI), un biomarqueur cardiaque de référence, directement du sérum », écrivent les enquêteurs.

"Ces NP permettent l'enrichissement sensible de cTnI (<1 ng/mL) avec une spécificité et une reproductibilité élevées, tout en appauvrissant simultanément des protéines très abondantes telles que l'albumine sérique humaine (> 1010 plus abondante que la cTnI). Nous démontrons que la nanoprotéomique descendante peut fournir des empreintes moléculaires haute résolution résolues par les protéoformes de diverses protéoformes cTnI pour établir des relations protéoforme-pathophysiologie.

"Cette stratégie sans anticorps évolutive et reproductible peut généralement permettre l'analyse résolue par les protéoformes de protéines à faible abondance directement à partir du sérum pour révéler des détails moléculaires auparavant irréalisables."

Les médecins utilisent actuellement un test ELISA à base d'anticorps pour aider à diagnostiquer les crises cardiaques en fonction des niveaux élevés de cTnI dans l'échantillon de sang du patient. Bien que le test ELISA soit sensible, les patients peuvent avoir des taux élevés de cTnI dans le sang sans avoir de maladie cardiaque, ce qui peut entraîner des traitements coûteux et inutiles pour les patients.

"Nous voulons donc utiliser notre système de nanoprotéomique pour examiner plus en détail diverses formes modifiées de cette protéine plutôt que de simplement mesurer sa concentration", explique Ge, qui est également directeur du programme de protéomique humaine à l'UW School of Medicine and Public Health. . "Cela aidera à révéler les empreintes moléculaires de cTnI de chaque patient pour la médecine de précision."

La mesure des protéines à faible concentration dans le sang comme cTnI est un problème classique d'aiguille dans une botte de foin. Des biomarqueurs rares et significatifs de la maladie sont complètement submergés par des protéines sanguines courantes et inutiles pour le diagnostic. Les méthodes actuelles utilisent des anticorps pour enrichir et capturer des protéines dans un échantillon complexe afin d'identifier et de quantifier les protéines. Mais les anticorps sont chers, présentent des variations d'un lot à l'autre et peuvent générer des résultats incohérents.

Pour capturer cTnI et surmonter certaines des limitations des anticorps, les chercheurs ont conçu des nanoparticules de magnétite, une forme magnétique d'oxyde de fer, et l'ont liée à un peptide de 13 acides aminés conçu pour se lier spécifiquement à cTnI. Le peptide se verrouille sur cTnI dans un échantillon de sang et les nanoparticules peuvent être collectées ensemble à l'aide d'un aimant. Les nanoparticules et les peptides sont facilement fabriqués en laboratoire, ce qui les rend bon marché et cohérents.

À l'aide des nanoparticules, les chercheurs ont pu enrichir efficacement la cTnI dans des échantillons de tissu cardiaque et de sang humains. Ensuite, ils ont utilisé la spectrométrie de masse avancée, qui peut distinguer différentes protéines par leur masse, non seulement pour obtenir une mesure précise de cTnI, mais aussi pour évaluer les différentes formes modifiées de la protéine.

Comme de nombreuses protéines, la cTnI peut être modifiée par l'organisme en fonction de facteurs tels qu'une maladie sous-jacente ou des changements dans l'environnement. Dans le cas de cTnI, le corps ajoute divers nombres de groupes phosphate, de petites étiquettes moléculaires qui pourraient modifier la fonction de cTnI. Ces variations sont subtiles et difficiles à suivre.

"Mais avec la spectrométrie de masse à haute résolution, nous pouvons maintenant" voir "ces détails moléculaires des protéines, comme l'iceberg caché sous la surface", explique Ge.

Tiambeng et Roberts ont décidé de tester s'ils pouvaient distinguer les différentes formes de cTnI pouvant être trouvées dans les échantillons de sang des patients. Ils ont dopé le sérum sanguin avec des protéines provenant de cœurs de donneurs normaux, malades ou d'un donneur décédé. Ensuite, ils ont utilisé leurs nanoparticules pour capturer cTnI et ont mesuré la protéine à l'aide de la spectrométrie de masse.

Comme espéré, les scientifiques ont pu observer des schémas clairement différents dans les types de cTnI répandus dans chaque type de tissu cardiaque. Les cœurs sains avaient tendance à avoir beaucoup de cTnI avec plusieurs groupes phosphate attachés, par exemple, tandis que les cœurs malades avaient du cTnI qui avait moins de phosphate et le cœur post-mortem avait du cTnI brisé en morceaux.

Bien qu'il s'agisse encore d'une étude de preuve de concept et que des recherches supplémentaires soient nécessaires, c'est cette capacité à associer un schéma de variations de cTnI à la santé cardiaque que les chercheurs espèrent pouvoir produire un jour un nouvel outil de diagnostic pour aider les patients à venir consulter. l'hôpital avec une suspicion de maladie cardiaque.

Les chercheurs ont déposé une demande de brevet sur la nouvelle technologie par l'intermédiaire de la Wisconsin Alumni Research Foundation.

"Nous aimons penser qu'un futur test sanguin basé sur notre travail ici pourrait être complémentaire au test ELISA actuel", déclare Jin. "À l'avenir, lorsque l'ELISA montrera un niveau élevé de cTnI, votre médecin pourrait vous prescrire un test de nanoprotéomique complet pour déterminer s'il est causé par une maladie cardiaque ou non, et identifier différents types de maladies cardiaques, pour un traitement plus précis tout en évitant les soins inutiles et frais pour les patients. »

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