Deze kleine sensoren kunnen kanker vroegtijdig detecteren
Nieuw onderzoek maakt gebruik van nanosensoren om eiwit-tot-eiwit-interacties te detecteren die kanker kunnen signaleren. De bevindingen kunnen vooral nuttig blijken om veel eerder lymfatische leukemie te identificeren.
Kanker is een van de belangrijkste doodsoorzaken, zowel in de Verenigde Staten als wereldwijd. Volgens het National Cancer Institute waren er in 2012 meer dan 8 miljoen aan kanker gerelateerde sterfgevallen over de hele wereld, en in 2018 kunnen meer dan 600.000 mensen in de VS aan de ziekte overlijden.
Vroegtijdige opsporing van deze levensbedreigende ziekte is cruciaal, en medische wetenschappers werken hard aan het bedenken van nieuwere en effectievere manieren om kanker zo snel mogelijk te diagnosticeren.
Nu gebruikt nieuw onderzoek kleine sensoren om minieme moleculaire veranderingen te detecteren die op kanker kunnen wijzen.
Liviu Movileanu, een professor in de natuurkunde aan het College of Arts and Sciences van de Syracuse University in New York, beschrijft samen met Avinash Kumar Thakur, een doctoraal onderzoeker in de natuurkunde in Syracuse, de rol van deze nanosensoren in een paper die in het tijdschrift verschijnt. Nature Biotechnology.
Zoals prof. Movileanu uitlegt, kunnen de nanosensoren bijzonder nuttig zijn voor het opsporen van lymfatische leukemie, een vorm van kanker die begint in het beenmerg en zich uitbreidt naar het bloed.
In de VS zullen zich in 2018 waarschijnlijk bijna 21.000 nieuwe gevallen van lymfatische leukemie voordoen, en meer dan 4.500 mensen kunnen als gevolg daarvan overlijden.
Hoe de nanosensoren werken
De nanosensoren afkomstig uit het laboratorium van prof. Movileanu kunnen zogenaamde proteïne-tot-proteïne-interacties (PPI's) detecteren, dat wil zeggen processen die essentieel zijn voor de ontwikkeling van cellen.
Het zogenaamde interactoom verwijst naar de "complete kaart van eiwitinteracties die kunnen voorkomen in een levend organisme." Interactomics - of het in kaart brengen van het interactoom met behulp van geavanceerde technologische en computationele technieken - is een bloeiend deelgebied van de biofysica dat de gevolgen van deze interacties bestudeert.
PPI's zijn afhankelijk van verschillende factoren, zoals het type cel, het ontwikkelingsstadium en omgevingsfactoren. Sommige PPI's zijn stabiel, maar andere zijn van voorbijgaande aard.
De interacties die nodig zijn om genexpressie te activeren of die welke de celsignalering en de ontwikkeling van kankercellen beïnvloeden, zijn bijvoorbeeld van voorbijgaande aard, wat betekent dat ze slechts ongeveer een milliseconde duren.
Door de vluchtige aard van deze PPI's zijn ze moeilijk op te sporen met de methoden die momenteel beschikbaar zijn.
De nanosensoren afkomstig uit het laboratorium van prof. Movileanu omzeilen dit obstakel echter door een kleine opening in het celmembraan te creëren waar elektrische stroom doorheen gaat.
Wanneer eiwitten door deze kleine openingen of nanoporiën gaan, veranderen ze de intensiteit van de elektrische stroom. Deze veranderingen onthullen de identiteit en eigenschappen van elk eiwit.
"De gegevens die uit een enkel eiwitmonster worden verzameld, zijn enorm", zegt prof. Movileanu, die zijn Ph.D. in experimentele fysica van de Universiteit van Boekarest in Roemenië en is momenteel lid van de onderzoeksgroep biofysica en biomaterialen in het Departement Fysica in Syracuse.
"Met onze nanostructuren kunnen we biochemische gebeurtenissen op een gevoelige, specifieke en kwantitatieve manier observeren", vervolgt de onderzoeker. "Daarna kunnen we een solide inschatting maken van een enkel eiwitmonster."
"Gedetailleerde kennis van het menselijk genoom heeft een nieuwe grens geopend voor de identificatie van veel functionele eiwitten die betrokken zijn bij korte fysieke associaties met andere eiwitten", vervolgt de onderzoeker.
“Grote verstoringen in de sterkte van deze PPI's leiden tot ziektetoestanden. Omdat deze interacties van voorbijgaande aard zijn, zijn er nieuwe methoden nodig om ze te beoordelen. "
De natuurkundige legt ook uit hoe de fijn afgestemde detectiemechanismen van zijn nanosensoren kanker kunnen helpen bestrijden.
"Als we weten hoe afzonderlijke delen van een cel functioneren, kunnen we erachter komen waarom een cel afwijkt van normale functionaliteit naar een tumorachtige toestand [...]. Onze kleine sensoren kunnen grote dingen doen voor het screenen van biomarkers, eiwitprofilering en de grote schaalstudie van eiwitten [bekend als proteomics]. "
Prof. Liviu Movileanu
Prof. Movileanu hoopt dat zijn nanosensoren bijzonder nuttig zullen zijn voor het detecteren van lymfatische leukemie, een aandoening waarbij de bloedcellen niet rijpen en afsterven zoals normaal, maar "zich opstapelen in het beenmerg en normale, gezonde cellen verdringen".
