Disse små sensorer kan muligvis opdage kræft tidligt
Ny forskning bruger nanosensorer til at opdage protein-til-protein-interaktioner, der kan signalere kræft. Resultaterne kan vise sig særligt nyttige til identifikation af lymfocytisk leukæmi meget tidligere.
Kræft er en af de største dødsårsager både i USA og over hele verden. Ifølge National Cancer Institute var der mere end 8 millioner kræftrelaterede dødsfald over hele verden i 2012, og over 600.000 mennesker i USA kan dø af sygdommen i 2018.
Tidlig påvisning af denne livstruende sygdom er afgørende, og medicinske forskere arbejder hårdt på at udtænke nyere og mere effektive måder til diagnosticering af kræft så hurtigt som muligt.
Nu bruger ny forskning små sensorer til at opdage små molekylære ændringer, der kan være tegn på kræft.
Liviu Movileanu, professor i fysik ved College of Arts and Sciences ved Syracuse University i New York, sammen med Avinash Kumar Thakur, en doktorgradsforsker i fysik ved Syracuse, beskriver disse nanosensors rolle i et papir, der vises i tidsskriftet Naturbioteknologi.
Som professor Movileanu forklarer, kan nanosensorerne være særligt nyttige til påvisning af lymfocytisk leukæmi, en form for kræft, der starter i knoglemarven og spreder sig i blodet.
I USA vil der sandsynligvis forekomme næsten 21.000 nye tilfælde af lymfocytisk leukæmi i 2018, og mere end 4.500 mennesker kan dø som et resultat.
Sådan fungerer nanosensorerne
Nanosensorer, der stammer fra professor Movileanus laboratorium, kan detektere såkaldte protein-til-protein-interaktioner (PPI'er), dvs. processer, der er essentielle for udvikling af celler.
Det såkaldte interaktom refererer til det "komplette kort over proteininteraktioner, der kan forekomme i en levende organisme." Interactomics - eller kortlægning af interaktionen ved hjælp af banebrydende teknologiske og beregningsteknikker - er et blomstrende underfelt af biofysik, der studerer konsekvenserne af disse interaktioner.
PPI'er afhænger af en række faktorer, såsom celletypen, dens udviklingsstadium og miljømæssige forhold. Nogle PPI'er er stabile, men andre er forbigående.
For eksempel er interaktionerne nødvendige for at aktivere genekspression eller dem, der påvirker cellesignalering og udviklingen af kræftceller, forbigående, hvilket betyder, at de kun varer omkring et millisekund.
Den flygtige karakter af disse PPI'er gør dem vanskelige at opdage med de metoder, der i øjeblikket er tilgængelige.
Nanosensorerne, der stammer fra professor Movileanus laboratorium, omgår imidlertid denne hindring ved at skabe en lille åbning i cellemembranen, gennem hvilken elektrisk strøm passerer.
Når proteiner passerer gennem disse små åbninger eller nanoporer, ændrer de intensiteten af den elektriske strøm. Disse ændringer afslører identiteten og egenskaberne for hvert protein.
"De data, der hentes fra en enkelt proteinprøve, er enorme," siger professor Movileanu, der fik sin ph.d. i eksperimentel fysik fra universitetet i Bukarest i Rumænien og er i øjeblikket medlem af forskergruppen biofysik og biomaterialer i Institut for Fysik i Syracuse.
”Vores nanostrukturer giver os mulighed for at observere biokemiske begivenheder på en følsom, specifik og kvantitativ måde,” fortsætter forskeren. "Bagefter kan vi foretage en solid vurdering af en enkelt proteinprøve."
"Detaljeret viden om det humane genom har åbnet en ny grænse for identifikation af mange funktionelle proteiner, der er involveret i korte fysiske associeringer med andre proteiner," fortsætter forskeren.
“Store forstyrrelser i styrken af disse PPI'er fører til sygdomstilstande. På grund af disse interaktioners forbigående karakter er der behov for nye metoder til at vurdere dem. ”
Fysikeren forklarer også, hvordan de finjusterede detektionsmekanismer i hans nanosensorer kan hjælpe med at bekæmpe kræft.
”Hvis vi ved, hvordan individuelle dele af en celle fungerer, kan vi finde ud af, hvorfor en celle afviger fra normal funktionalitet mod en tumorlignende tilstand [...] Vores små sensorer kan gøre store ting for biomarkørsscreening, proteinprofilering og den store skalaundersøgelse af proteiner [kendt som proteomics]. ”
Prof. Liviu Movileanu
Prof. Movileanu håber, at hans nanosensorer vil være særligt nyttige til påvisning af lymfocytisk leukæmi, en tilstand, hvor blodcellerne ikke modnes og dør som normale, men "opbygges i knoglemarven og fortrænger normale, sunde celler."
