Przełom w detekcji białkowych markerów chorób?

Jest szansa, że uda się opracować skuteczniejsze czujniki wykrywające w płynach ustrojowych pacjentów białkowe markery chorób. Naukowcom m.in. z Polski udało się bowiem udoskonalić sposób wykrywania konkretnych białek w roztworach.

Naukowcy z Instytutu Chemii Fizycznej PAN (IChF PAN) w Warszawie i University of North Texas w Denton (USA) udoskonalili metodę wytwarzania cienkich warstw detekcyjnych zdolnych rozpoznawać konkretne białka – poinformował w czwartek IChF PAN w przesłanym PAP komunikacie.

Cząsteczki wybranego związku chemicznego, nawet w bardzo małych stężeniach, można wykrywać za pomocą detektorów z matrycami polimerowymi o odpowiednio wykonanych zagłębieniach. Zagłębienia te nazywane są lukami molekularnymi i pasują tylko do cząsteczek o kształcie pierwowzoru, który wcześniej je „odcisnął”.

Są więc jak zamek dobrany do otwierającego go klucza. Wytwarzanie matryc z lukami o kształcie odpowiadającym prostym cząsteczkom nie sprawia dziś większych problemów. Kłopoty pojawiają się jednak w przypadku bardzo dużych cząsteczek, takich jak białka. Luki są wtedy tak duże, że mogą w nich utknąć także cząsteczki inne niż użyte do budowy matrycy.

– W Instytucie Chemii Fizycznej PAN udoskonaliliśmy metodę wytwarzania luk molekularnych w matrycach polimerowych w taki sposób, że z powodzeniem możemy stosować ją do wdrukowywania różnych białek. Mało tego, nasze „chemiczne zamki” są teraz znacznie lepsze! Nie tylko mają kształty dokładniej odpowiadające odciskanym cząsteczkom, one są wręcz aktywne: określone miejsca luki „sklejają się” elektrostatycznie z odpowiednimi fragmentami wdrukowywanej cząsteczki – mówi dr inż. Maciej Cieplak z Instytutu.

Dotychczas wdrukowywane białka umieszczano w roztworze ze starannie dobranymi monomerami, czyli podstawowymi „cegiełkami” mogącymi tworzyć polimer, i pozwalano tym monomerom spontanicznie się ułożyć wokół cząsteczek białka. Następnie mieszaninę poddawano polimeryzacji, a z tak utwardzonej struktury usuwano cząsteczki-klucze.

– Podstawowa wada tradycyjnego podejścia polega na tym, że monomery funkcyjne są dość luźno związane z powierzchnią białka, więc znaczna ich część rozmieszcza się dość przypadkowo w całym polimerze. Luki pasują więc do cząsteczki-klucza praktycznie tylko kształtem. Dlatego czujnik zbudowany z użyciem takiej matrycy mógłby reagować na obecność związków, których cząsteczki z zupełnie przypadkowych powodów wykazywały skłonność do zaczepiania się w lukach – wyjaśnia dr Cieplak.

Naukowcy z IChF PAN opracowali dokładniejszą metodę wdrukowywania białek, którą zilustrowali na przykładzie albuminy. Obecność tego białka w moczu świadczy o niewydolności nerek, najczęściej związanej z cukrzycą lub nadciśnieniem tętniczym. W nowej metodzie naukowcy z IChF PAN najpierw połączyli monomery funkcyjne (przygotowane przez grupę prof. Francisa D’Souzy z University of North Texas) wiązaniami chemicznymi z cząsteczkami albuminy, po czym usunęli nadmiar monomerów.

Dopiero po tym etapie dodano monomery sieciujące, roztwór spolimeryzowano, a następnie z otrzymanego polimeru usunięto cząsteczki-klucze. Tak powstałe zagłębienia molekularne były dopasowane do oryginalnych cząsteczek nie tylko kształtem, ale także rozmieszczeniem miejsc, które elektrostatycznie wiązały się z cząsteczką wzorca.

Warstwy polimerowe z lukami molekularnymi odpowiadającymi albuminie wytworzono w IChF PAN na złotych elektrodach. Pokrycia miały grubość ok. 200 nanometrów przy rozmiarach luk ok. 5 nanometrów (nanometr to milionowa część milimetra). Jeśli w roztworze, w którym była zanurzona tak spreparowana elektroda, znajdowała się albumina, z czasem jej cząsteczki osadzały się w lukach matrycy.

Prowadziło to do stosunkowo łatwej do wykrycia zmiany przepływającego prądu. Matryca dopasowana do albuminy w jej obecności generowała sygnał co najmniej kilkukrotnie silniejszy niż w przypadku oddziaływania z innymi podobnymi białkami.

Ważną zaletą matryc przygotowanych nową metodą jest ich trwałość – zaznaczono w komunikacie IChF PAN. Po przeprowadzeniu pomiaru matryce można oczyścić i wykonać pomiar ponownie. Jak wykazały testy, zanim uszkodzeniu ulegnie struktura polimeru, matryce można użyć nawet kilkadziesiąt razy.

– Wykrywanie albuminy, choć ważne, to tylko demonstracja metody. Najważniejsze jest to, że dysponujemy teraz narzędziem pozwalającym budować matryce z lukami dopasowanymi do praktycznie dowolnego białka. Stąd już tylko krok do konstruowania łatwo dostępnych, tanich i małych czujników wielokrotnego użytku, zdolnych reagować nawet na minimalne stężenia białkowych markerów wielu chorób, które dziś wykrywamy zbyt późno – puentuje prof. Włodzimierz Kutner z IChF PAN.

Źródło: www.naukawpolsce.pap.pl