Ti drobni senzorji lahko zgodaj odkrijejo raka
Nove raziskave uporabljajo nanosesenzorje za odkrivanje interakcij med beljakovinami, ki lahko signalizirajo raka. Ugotovitve se lahko izkažejo še posebej koristne za ugotavljanje limfocitne levkemije že veliko prej.
Rak je eden glavnih vzrokov smrti tako v ZDA kot po vsem svetu. Po podatkih Nacionalnega inštituta za raka je bilo leta 2012 po vsem svetu več kot 8 milijonov smrtnih primerov zaradi raka, v ZDA pa lahko leta 2018 umre več kot 600.000 ljudi.
Zgodnje odkrivanje te življenjsko nevarne bolezni je ključnega pomena, znanstveniki pa si prizadevajo, da bi čim prej oblikovali nove in učinkovitejše načine diagnosticiranja raka.
Zdaj nove raziskave uporabljajo drobne senzorje za odkrivanje drobnih molekularnih sprememb, ki so lahko pokazatelj raka.
Liviu Movileanu, profesor fizike na Visoki šoli za umetnost in znanost Univerze Syracuse v New Yorku, skupaj z Avinashom Kumarjem Thakurjem, doktorskim raziskovalcem fizike v Syracuse, v prispevku, objavljenem v reviji, podrobno opisuje vlogo teh nanosesenzorjev. Narava Biotehnologija.
Kot pojasnjuje profesor Movileanu, so nanosezorji lahko še posebej koristni za odkrivanje limfocitne levkemije, oblike raka, ki se začne v kostnem mozgu in se širi v kri.
V ZDA se bo leta 2018 verjetno pojavilo skoraj 21.000 novih primerov limfocitne levkemije, zaradi česar lahko umre več kot 4.500 ljudi.
Kako delujejo nanosesenzorji
Nanosesenzorji, ki izvirajo iz laboratorija prof. Movileanuja, lahko zaznajo tako imenovane interakcije protein-protein (PPI), to je procese, ki so bistveni za razvoj celic.
Tako imenovani interakktom se nanaša na "popoln zemljevid beljakovinskih interakcij, ki se lahko pojavijo v živem organizmu." Interaktekomija - ali preslikava interakktoma z uporabo najsodobnejših tehnoloških in računskih tehnik - je cvetoče podpolje biofizike, ki preučuje posledice teh interakcij.
PPI so odvisni od različnih dejavnikov, kot so vrsta celice, njena razvojna stopnja in okoljske razmere. Nekateri IPČ so stabilni, drugi pa prehodni.
Na primer, interakcije, potrebne za aktiviranje izražanja genov, ali tiste, ki vplivajo na celično signalizacijo in razvoj rakavih celic, so prehodne, kar pomeni, da trajajo le približno eno milisekundo.
Bežno naravo teh IPČ je težko zaznati s trenutno razpoložljivimi metodami.
Vendar nanosenzorji, ki izvirajo iz laboratorija prof. Movileanuja, to oviro obidejo tako, da v celični membrani ustvarijo majhno odprtino, skozi katero prehaja električni tok.
Ko beljakovine prehajajo skozi te majhne odprtine ali nanopore, spremenijo jakost električnega toka. Te spremembe razkrivajo identiteto in lastnosti vsake beljakovine.
"Podatkov, pridobljenih iz enega samega vzorca beljakovin, je ogromno," pravi prof. Movileanu, ki je doktoriral. iz eksperimentalne fizike na Univerzi v Bukarešti v Romuniji in je trenutno član raziskovalne skupine za biofiziko in biomateriale na Oddelku za fiziko v Sirakuzah.
"Naše nanostrukture nam omogočajo, da biokemične dogodke opazujemo občutljivo, specifično in kvantitativno," nadaljuje raziskovalec. "Nato lahko trdno ocenimo en sam vzorec beljakovin."
"Podrobno poznavanje človeškega genoma je odprlo novo mejo za identifikacijo številnih funkcionalnih beljakovin, vključenih v kratke fizične povezave z drugimi beljakovinami," nadaljuje raziskovalec.
»Večja motnja v moči teh IPČ vodi do bolezni. Zaradi prehodne narave teh interakcij so za njihovo oceno potrebne nove metode. "
Fizik pojasnjuje tudi, kako lahko natančno nastavljeni mehanizmi odkrivanja njegovih nanosesenzorjev pomagajo v boju proti raku.
„Če vemo, kako delujejo posamezni deli celice, lahko ugotovimo, zakaj celica odstopa od običajne funkcionalnosti v stanje, ki je podobno tumorju […] Naši mali senzorji lahko naredijo velike stvari za presejanje biomarkerjev, profiliranje beljakovin in velike obsežna študija beljakovin [znana kot proteomika]. "
Prof. Liviu Movileanu
Profesor Movileanu upa, da bodo njegovi nanosesenzorji še posebej koristni za odkrivanje limfocitne levkemije, stanja, ko krvne celice ne dozorijo in umrejo kot običajno, temveč se "kopičijo v kostnem mozgu in iztisnejo normalne, zdrave celice."
