Bedre bilder av proteiner

MIT-forskere har betydelig økt følsomheten til kjernemagnetisk resonans (NMR) spektroskopi, en analytisk teknikk som kan gi detaljerte bilder av strukturene til komplekse molekyler som proteiner. Forbedret NMR kan hjelpe legemiddelfirmaer med å raskt screene biblioteker med potensielle terapier. Den kan også brukes en dag til å teste pasienter for tilstedeværelsen av unormale proteiner, slik som de som bygges opp i hjernen som følge av Alzheimers og Huntingtons sykdom.





Proteinsonde: Denne NMR-sonden, som er mindre enn et kredittkort, øker analyseteknikkens følsomhet betraktelig. Sonden bruker et billig, enkelt stykke kobber som ligner på en mobiltelefonantenne.

Til nå har bruken av NMR vært begrenset fordi teknikken er kostbar og tidkrevende, og den krever at forskere samler inn relativt store prøver av molekylet de ønsker å studere. MIT-metoden, som er avhengig av en ny type magnetisk sonde, kan redusere tiden det tar å utføre disse testene med en faktor på 100, anslår Arnold Schwartz, tidligere direktør for forskning og utvikling ved Variant , en produsent av NMR-maskiner basert i Palo Alto, CA. Dette er en veldig ny tilnærming sammenlignet med de som er tatt de siste 30 årene, sier Schwartz.

NMR-spektroskopi gir forskere informasjon om den kjemiske sammensetningen og tredimensjonale strukturen til molekyler. NMR lar deg gjøre målinger mellom atomer og finne ut et molekyls struktur, sier Yael Maguire , som utviklet den nye NMR-sonden for oppgavearbeidet sitt ved MITs Media Lab og presenterte arbeidet denne uken på European Symposium of the Proteinsamfunnet i Zürich, Sveits.



Et verktøy for å bestemme den kjemiske strukturen til proteiner har stor potensiell klinisk relevans, sier Shuguang Zhang , assisterende direktør for MITs Center for Biomedical Engineering. Aktiviteten til proteinmedisiner, for eksempel, avhenger av proteinenes former. Og akkumuleringen av misformede proteiner i hjernen antas å være roten til nevrodegenerative sykdommer som Alzheimers. Røntgenkrystallografi kan gi strukturell informasjon som ligner på det som er gitt av NMR-spektrometri, men det kan ta år med innsats for å få et protein til å krystallisere, sier Maguire, og ikke alle proteiner vil krystallisere.

Fordi radiofrekvenssignalene som NMR-spektroskopi baserer seg på er svært svake, trengs store prøver for å utføre eksperimenter. Instrumentene krever også store, kraftige magneter, som bidrar til deres størrelse og kostnad. Derfor har biokjemikere hatt begrenset tilgang til maskinene. Maguire og hans samarbeidspartnere, som inkluderer Zhang og Neil Gershenfeld fra MITs senter for biter og atomer, ønsker å gjøre NMR mer tilgjengelig. Vi drømmer om å gjøre den til en bordmaskin på alle laboratorier og sykehus, sier Maguire.

Tradisjonell NMR bruker spoler for å oppdage radiofrekvente signaler som produseres av noen atomer, inkludert hydrogen og karbon, når de utsettes for et magnetfelt. Men den komplekse formen på spolene gjør dem vanskelige å miniatyrisere ytterligere. I kontrast laget MIT-forskerne en svært følsom NMR-sonde av en flat stripe av kobber som ligner på antennene i bærbare datamaskiner og mobiltelefoner. Det er enkelt å lage, sier Maguire. De samme selskapene som lager antenner kan lage disse. Et raskt kutt med laser skaper et lite hull som et magnetfelt kan strømme ut av.

Så langt har MIT-forskerne brukt sonden for å bekrefte kjente strukturer. I tester på et protein kalt ribonuklease var de i stand til å bruke 3000 ganger mindre av forbindelsen enn det som normalt kreves for å utføre NMR-spektroskopi; i tester på sukrose brukte de 10 000 ganger mindre.

Zhang forventer at det mer følsomme NMR-systemet først blir tatt i bruk av strukturelle biologer, deretter av det medisinske samfunnet. Ettersom flere og flere mennesker innen andre felt, inkludert medisinsk vitenskap og klinikker, blir mer bevisste på NMRs kraft og følsomhet for diagnostisering av proteinkonformasjonssykdommer, vil de uunngåelig bruke det, sier han.

Maguire håper nå å integrere mindre magneter med spektrometrene slik at de virkelig kan passe på bordplater. Han håper også å integrere flere NMR-prober med mikrofluidiske brikker for fremtidige kliniske tester som ser etter flere biomarkører (som feilfoldede proteiner) i en pasients blod eller spinalvæske.

gjemme seg