211service.com
Bättre bilder på proteiner
MIT-forskare har avsevärt ökat känsligheten för kärnmagnetisk resonans (NMR) spektroskopi, en analytisk teknik som kan ge detaljerade bilder av strukturerna hos komplexa molekyler som proteiner. Förbättrad NMR kan hjälpa läkemedelsföretag att snabbt granska bibliotek av potentiella terapier. Det kan också användas en dag för att testa patienter för förekomsten av onormala proteiner, till exempel de som byggs upp i hjärnan som ett resultat av Alzheimers och Huntingtons sjukdom.
Proteinsond: Denna NMR-prob, som är mindre än ett kreditkort, ökar analysteknikens känslighet avsevärt. Sonden använder en billig, enkel kopparbit som liknar en mobiltelefonantenn.
Hittills har användningen av NMR varit begränsad eftersom tekniken är kostsam och tidskrävande, och det kräver att forskare samlar in relativt stora prover av den molekyl de vill studera. MIT-metoden, som bygger på en ny typ av magnetisk sond, skulle kunna minska tiden det tar att utföra dessa tester med en faktor på 100, uppskattar Arnold Schwartz, tidigare chef för forskning och utveckling vid Variant , en tillverkare av NMR-maskiner baserad i Palo Alto, CA. Det här är ett väldigt nytt tillvägagångssätt jämfört med de som tagits under de senaste 30 åren, säger Schwartz.
NMR-spektroskopi ger forskare information om molekylers kemiska sammansättning och tredimensionella struktur. NMR låter dig göra mätningar mellan atomer och ta reda på en molekyls struktur, säger Yael Maguire , som utvecklade den nya NMR-sonden för sitt examensarbete vid MIT:s Media Lab och presenterade arbetet denna vecka vid European Symposium of the European Protein Society i Zürich, Schweiz.
Ett verktyg för att bestämma den kemiska strukturen hos proteiner har stor potentiell klinisk relevans, säger Shuguang Zhang , biträdande chef för MIT:s Center for Biomedical Engineering. Aktiviteten hos proteinläkemedel beror till exempel på proteinernas former. Och ansamlingen av missformade proteiner i hjärnan tros vara roten till neurodegenerativa sjukdomar som Alzheimers. Röntgenkristallografi kan ge strukturell information som liknar vad som tillhandahålls av NMR-spektrometri, men det kan ta år av ansträngning att få ett protein att kristallisera, säger Maguire, och alla proteiner kommer inte att kristallisera.
Eftersom de radiofrekvenssignaler som NMR-spektroskopi förlitar sig på är mycket svaga, behövs stora prover för att utföra experiment. Instrumenten kräver också stora, kraftfulla magneter, vilket bidrar till deras storlek och kostnad. Därför har biokemister haft begränsad tillgång till maskinerna. Maguire och hans medarbetare, som inkluderar Zhang och Neil Gershenfeld från MIT:s Center for Bits and Atoms, vill göra NMR mer allmänt tillgängligt. Vi drömmer om att göra det till en bordsmaskin på varje labb och sjukhus, säger Maguire.
Traditionell NMR använder spolar för att detektera de radiofrekventa signaler som produceras av vissa atomer, inklusive väte och kol, när de utsätts för ett magnetfält. Men den komplexa formen på spolarna gör dem svåra att ytterligare miniatyrisera. Däremot tillverkade MIT-forskarna en mycket känslig NMR-sond av en platt kopparremsa som liknar antennerna i bärbara datorer och mobiltelefoner. Det är enkelt att tillverka, säger Maguire. Samma företag som tillverkar antenner kan göra dessa. Ett snabbt skär med laser skapar ett litet hål ur vilket ett magnetfält kan flöda.
Hittills har MIT-forskarna använt sonden för att bekräfta kända strukturer. I tester på ett protein som kallas ribonukleas kunde de använda 3 000 gånger mindre av föreningen än vad som normalt krävs för att utföra NMR-spektroskopi; i tester på sackaros använde de 10 000 gånger mindre.
Zhang förväntar sig att det känsligare NMR-systemet först kommer att antas av strukturbiologer, sedan av det medicinska samfundet. När fler och fler människor inom andra områden, inklusive medicinsk vetenskap och kliniker, blir mer medvetna om NMR:s kraft och känslighet för diagnos av proteinkonformationella sjukdomar, kommer de oundvikligen att använda det, säger han.
Maguire hoppas nu kunna integrera mindre magneter med spektrometrarna så att de verkligen kan passa på bordsskivor. Han hoppas också kunna integrera flera NMR-sonder med mikrofluidchip för framtida kliniska tester som letar efter flera biomarkörer (som felveckade proteiner) i en patients blod eller ryggmärgsvätska.