211service.com
Betere foto's van eiwitten
MIT-onderzoekers hebben de gevoeligheid van nucleaire magnetische resonantie (NMR) spectroscopie aanzienlijk verhoogd, een analytische techniek die gedetailleerde beelden kan geven van de structuren van complexe moleculen zoals eiwitten. Verbeterde NMR zou farmaceutische bedrijven kunnen helpen om bibliotheken met potentiële therapieën snel te screenen. Het kan op een dag ook worden gebruikt om patiënten te testen op de aanwezigheid van abnormale eiwitten, zoals eiwitten die zich ophopen in de hersenen als gevolg van de ziekte van Alzheimer en de ziekte van Huntington.
Eiwitsonde: Deze NMR-sonde, die kleiner is dan een creditcard, verhoogt de gevoeligheid van de analysetechniek aanzienlijk. De sonde maakt gebruik van een goedkoop, eenvoudig stuk koper, vergelijkbaar met een antenne voor een mobiele telefoon.
Tot nu toe was het gebruik van NMR beperkt omdat de techniek kostbaar en tijdrovend is en onderzoekers relatief grote monsters moeten verzamelen van het molecuul dat ze willen bestuderen. De MIT-methode, die gebaseerd is op een nieuw soort magnetische sonde, zou de tijd die nodig is om deze tests uit te voeren met een factor 100 kunnen verkorten, schat Arnold Schwartz, voormalig directeur van onderzoek en ontwikkeling bij Variant , een fabrikant van NMR-machines gevestigd in Palo Alto, CA. Dit is een heel nieuwe benadering vergeleken met die van de afgelopen 30 jaar, zegt Schwartz.
NMR-spectroscopie geeft onderzoekers informatie over de chemische samenstelling en driedimensionale structuur van moleculen. Met NMR kun je metingen doen tussen atomen en de structuur van een molecuul achterhalen, zegt Yael Maguire , die de nieuwe NMR-sonde ontwikkelde voor zijn scriptiewerk bij MIT's Media Lab en het werk deze week presenteerde op het European Symposium of the Eiwit Maatschappij in Zürich, Zwitserland.
Een hulpmiddel voor het bepalen van de chemische structuur van eiwitten heeft een grote potentiële klinische relevantie, zegt Shuguang Zhang , associate director van MIT's Center for Biomedical Engineering. De activiteit van eiwitgeneesmiddelen hangt bijvoorbeeld af van de vormen van de eiwitten. En de ophoping van misvormde eiwitten in de hersenen wordt verondersteld de oorzaak te zijn van neurodegeneratieve ziekten zoals de ziekte van Alzheimer. Röntgenkristallografie kan structurele informatie verschaffen die vergelijkbaar is met wat wordt geleverd door NMR-spectrometrie, maar het kan jaren van inspanning kosten om een eiwit te laten kristalliseren, zegt Maguire, en niet alle eiwitten zullen kristalliseren.
Omdat de radiofrequentiesignalen waarop NMR-spectroscopie vertrouwt erg zwak zijn, zijn grote monsters nodig om experimenten uit te voeren. De instrumenten hebben ook grote, krachtige magneten nodig, die bijdragen aan hun omvang en kosten. Daarom hebben biochemici beperkte toegang tot de machines gehad. Maguire en zijn medewerkers, waaronder Zhang en Neil Gershenfeld van MIT's Center for Bits and Atoms, willen NMR breder beschikbaar maken. We dromen ervan om er in elk laboratorium en ziekenhuis een tafelmodel van te maken, zegt Maguire.
Traditionele NMR gebruikt spoelen om de radiofrequentiesignalen te detecteren die worden geproduceerd door sommige atomen, waaronder waterstof en koolstof, wanneer ze worden blootgesteld aan een magnetisch veld. Maar door de complexe vorm van de spoelen zijn ze moeilijk verder te verkleinen. De MIT-onderzoekers daarentegen vervaardigden een zeer gevoelige NMR-sonde uit een platte strook koper, vergelijkbaar met de antennes in laptops en mobiele telefoons. Het is eenvoudig te fabriceren, zegt Maguire. Dezelfde bedrijven die antennes maken, kunnen deze maken. Een snelle snede met een laser creëert een klein gaatje waaruit een magnetisch veld kan stromen.
Tot nu toe hebben de MIT-onderzoekers de sonde gebruikt om bekende structuren te bevestigen. Bij tests met een eiwit dat ribonuclease wordt genoemd, konden ze 3000 keer minder van de verbinding gebruiken dan normaal nodig is om NMR-spectroscopie uit te voeren; in tests op sucrose gebruikten ze 10.000 keer minder.
Zhang verwacht dat het gevoeligere NMR-systeem eerst door structurele biologen en vervolgens door de medische gemeenschap zal worden overgenomen. Naarmate meer en meer mensen op andere gebieden, waaronder de medische wetenschap en klinieken, zich meer bewust worden van de kracht en gevoeligheid van NMR voor de diagnose van eiwit-conformationele ziekten, zullen ze het onvermijdelijk gebruiken, zegt hij.
Maguire hoopt nu kleinere magneten te integreren met de spectrometers, zodat ze echt op tafelbladen passen. Hij hoopt ook meerdere NMR-sondes te integreren met microfluïdische chips voor toekomstige klinische tests die zoeken naar meerdere biomarkers (zoals verkeerd gevouwen eiwitten) in het bloed of het ruggenmergvocht van een patiënt.