211service.com
Bedre billeder af proteiner
MIT-forskere har markant øget følsomheden af nuklear magnetisk resonans (NMR) spektroskopi, en analytisk teknik, der kan give detaljerede billeder af strukturerne af komplekse molekyler som proteiner. Forbedret NMR kan hjælpe lægemiddelvirksomheder med hurtigt at screene biblioteker af potentielle terapier. Det kan også bruges en dag til at teste patienter for tilstedeværelsen af unormale proteiner, såsom dem, der ophobes i hjernen som følge af Alzheimers og Huntingtons sygdom.
Proteinsonde: Denne NMR-sonde, som er mindre end et kreditkort, øger i høj grad den analytiske tekniks følsomhed. Sonden bruger et billigt, simpelt stykke kobber, der ligner en mobiltelefonantenne.
Indtil nu har brugen af NMR været begrænset, fordi teknikken er dyr og tidskrævende, og den kræver, at forskere indsamler relativt store prøver af det molekyle, de gerne vil studere. MIT-metoden, som er afhængig af en ny slags magnetisk sonde, kan reducere den tid, det tager at udføre disse tests med en faktor på 100, vurderer Arnold Schwartz, tidligere direktør for forskning og udvikling hos Variant , en producent af NMR-maskiner baseret i Palo Alto, CA. Dette er en meget ny tilgang sammenlignet med dem, der er taget over de sidste 30 år, siger Schwartz.
NMR-spektroskopi giver forskerne information om den kemiske sammensætning og tredimensionelle struktur af molekyler. NMR giver dig mulighed for at foretage målinger mellem atomer og finde ud af et molekyles struktur, siger Yael Maguire , som udviklede den nye NMR-sonde til sit specialearbejde på MIT's Media Lab og præsenterede arbejdet i denne uge på European Symposium of the Proteinsamfund i Zürich, Schweiz.
Et værktøj til at bestemme den kemiske struktur af proteiner har stor potentiel klinisk relevans, siger Shuguang Zhang , associeret direktør for MIT's Center for Biomedicinsk Engineering. Aktiviteten af proteinlægemidler afhænger for eksempel af proteinernes former. Og ophobningen af misdannede proteiner i hjernen menes at være roden til neurodegenerative sygdomme som Alzheimers. Røntgenkrystallografi kan give strukturel information svarende til det, der leveres af NMR-spektrometri, men det kan tage mange års indsats at få et protein til at krystallisere, siger Maguire, og ikke alle proteiner vil krystallisere.
Fordi de radiofrekvenssignaler, som NMR-spektroskopi baserer sig på, er meget svage, er store prøver nødvendige for at udføre eksperimenter. Instrumenterne kræver også store, kraftige magneter, som bidrager til deres størrelse og omkostninger. Derfor har biokemikere haft begrænset adgang til maskinerne. Maguire og hans samarbejdspartnere, som inkluderer Zhang og Neil Gershenfeld fra MIT's Center for Bits and Atoms, ønsker at gøre NMR mere tilgængeligt. Vi drømmer om at gøre det til en bordplademaskine i alle laboratorier og hospitaler, siger Maguire.
Traditionel NMR bruger spoler til at detektere de radiofrekvente signaler, der produceres af nogle atomer, herunder brint og kulstof, når de udsættes for et magnetfelt. Men den komplekse form af spolerne gør dem vanskelige at miniaturisere yderligere. I modsætning hertil fremstillede MIT-forskerne en meget følsom NMR-sonde ud af en flad kobberstrimmel svarende til antennerne i bærbare computere og mobiltelefoner. Det er nemt at fremstille, siger Maguire. De samme firmaer som laver antenner kan lave disse. Et hurtigt snit med en laser skaber et lille hul, hvorfra et magnetfelt kan strømme.
Hidtil har MIT-forskerne brugt sonden til at bekræfte kendte strukturer. I test på et protein kaldet ribonuklease var de i stand til at bruge 3.000 gange mindre af forbindelsen, end der normalt kræves for at udføre NMR-spektroskopi; i test på saccharose brugte de 10.000 gange mindre.
Zhang forventer, at det mere følsomme NMR-system først bliver vedtaget af strukturelle biologer, derefter af det medicinske samfund. Efterhånden som flere og flere mennesker inden for andre områder, herunder lægevidenskab og klinikker, bliver mere bevidste om NMRs kraft og følsomhed for diagnosticering af proteinkonformationelle sygdomme, vil de uundgåeligt bruge det, siger han.
Maguire håber nu at integrere mindre magneter med spektrometrene, så de virkelig kan passe på bordplader. Han håber også at integrere flere NMR-prober med mikrofluidchips til fremtidige kliniske test, der leder efter flere biomarkører (som fejlfoldede proteiner) i en patients blod eller spinalvæske.