Tyto malé senzory mohou včas detekovat rakovinu
Nový výzkum využívá nanosenzory k detekci interakcí protein-protein, které mohou signalizovat rakovinu. Zjištění se mohou ukázat jako obzvláště užitečná pro identifikaci lymfocytární leukémie mnohem dříve.
Rakovina je jednou z hlavních příčin úmrtí ve Spojených státech i na celém světě. Podle Národního onkologického institutu došlo v roce 2012 po celém světě k více než 8 milionům úmrtí souvisejících s rakovinou a v roce 2018 může na tuto chorobu zemřít více než 600 000 lidí v USA.
Včasné odhalení této život ohrožující nemoci je zásadní a vědci v medicíně usilovně pracují na tom, aby co nejdříve vymysleli nové a účinnější způsoby diagnostiky rakoviny.
Nový výzkum nyní používá drobné senzory k detekci nepatrných molekulárních změn, které mohou svědčit o rakovině.
Liviu Movileanu, profesor fyziky na Vysoké škole umění a věd na Syracuse University v New Yorku, společně s Avinashem Kumarem Thakurem, doktorským výzkumníkem fyziky v Syracuse, podrobně popisuje úlohu těchto nanosenzorů v článku, který vyšel v časopise Přírodní biotechnologie.
Jak vysvětluje profesor Movileanu, nanosenzory mohou být zvláště užitečné při detekci lymfocytární leukémie, což je forma rakoviny, která začíná v kostní dřeni a šíří se do krve.
V USA se v roce 2018 pravděpodobně vyskytne téměř 21 000 nových případů lymfocytární leukémie a následkem toho může zemřít více než 4500 lidí.
Jak fungují nanosenzory
Nanosenzory pocházející z laboratoře prof. Movileanu mohou detekovat takzvané interakce protein-protein (PPI), tj. Procesy, které jsou nezbytné pro vývoj buněk.
Takzvaný interaktom označuje „úplnou mapu interakcí bílkovin, které mohou nastat v živém organismu“. Interaktomika - nebo mapování interaktomu pomocí nejmodernějších technologických a výpočetních technik - je prosperujícím dílčím polem biofyziky, která studuje důsledky těchto interakcí.
PPI závisí na různých faktorech, jako je typ buňky, její vývojová fáze a podmínky prostředí. Některé PPI jsou stabilní, ale jiné jsou přechodné.
Například interakce potřebné k aktivaci genové exprese nebo interakce, které ovlivňují buněčnou signalizaci a vývoj rakovinných buněk, jsou přechodné, což znamená, že trvají jen asi milisekundu.
Prchavá povaha těchto PPI ztěžuje jejich detekci metodami, které jsou v současné době k dispozici.
Nanosenzory pocházející z laboratoře prof. Movileanu však tuto překážku obcházejí vytvořením malého otvoru v buněčné membráně, kterým prochází elektrický proud.
Když proteiny procházejí těmito malými otvory nebo nanopóry, mění intenzitu elektrického proudu. Tyto změny odhalují identitu a vlastnosti každého proteinu.
"Data získaná z jediného vzorku proteinu jsou obrovská," říká profesor Movileanu, který získal titul Ph.D. v experimentální fyzice na univerzitě v Bukurešti v Rumunsku a v současné době je členem výzkumné skupiny biofyziky a biomateriálů na katedře fyziky v Syrakusách.
"Naše nanostruktury nám umožňují pozorovat biochemické události citlivým, specifickým a kvantitativním způsobem," pokračuje výzkumník. "Poté můžeme důkladně posoudit jediný vzorek proteinu."
"Podrobná znalost lidského genomu otevřela novou hranici pro identifikaci mnoha funkčních proteinů zapojených do krátkých fyzikálních asociací s jinými proteiny," pokračuje výzkumník.
"Velké poruchy síly těchto PPI vedou k chorobným stavům." Kvůli přechodné povaze těchto interakcí jsou k jejich posouzení zapotřebí nové metody. “
Fyzik také vysvětluje, jak mohou jemně vyladěné detekční mechanismy jeho nanosenzorů pomoci v boji proti rakovině.
"Pokud víme, jak jednotlivé části buňky fungují, můžeme přijít na to, proč se buňka odchyluje od normální funkce směrem ke stavu podobnému nádoru [...] Naše malé senzory mohou dělat velké věci pro screening biomarkerů, profilování proteinů a velké rozsáhlé studium proteinů [známé jako proteomika]. “
Prof. Liviu Movileanu
Movileanu doufá, že jeho nanosenzory budou zvláště užitečné pro detekci lymfocytární leukémie, což je stav, kdy krvinky nedozrávají a neumírají normálně, ale „hromadí se v kostní dřeni a vytlačují normální a zdravé buňky“.
