Nowa technologia Cap-QuIC wykazuje potencjał w zakresie wczesnej diagnostyki choroby Parkinsona

Nowa technologia diagnostyki optycznej o nazwie Cap-QuIC może usprawnić wczesne wykrywanie chorób neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Parkinsona.

„Prostota i skuteczność Cap-QuIC może obniżyć bariery w rutynowych badaniach przesiewowych w kierunku chorób neurodegeneracyjnych, ostatecznie prowadząc do wcześniejszej interwencji i lepszych wyników leczenia pacjentów” – stwierdziła dr Hee-Yun Park, współautorka badania i profesor w Instytucie University of Minnesota (UM) w artykule „. Komunikat prasowy uczelni.

badania „Optyczna detekcja zdenaturowanych białek alfa-synukleiny i prionów metodą kapilarnej transdukcji katalizowanej wibracjami (Cap-QuIC).„, opublikowane w bioczujnik npj,Opisać rozwój i testowanie tej technologii.

W chorobie Parkinsona zniekształcone białko alfa-synukleina gromadzi się w komórkach nerwowych, które wytwarzają dopaminę – cząsteczkę sygnalizacyjną używaną przez komórki do komunikacji. Objawy pojawiają się w wyniku późniejszej śmierci komórek nerwowych i zmniejszenia sygnałów dopaminy w mózgu.

Ze względu na brak łatwo dostępnych biomarkerów choroby Parkinsona diagnozę stawia się na podstawie objawów występujących u danej osoby, zwykle w bardziej zaawansowanych stadiach choroby. Pomimo ostatnich postępów w rozwoju biomarkerów podejścia te wymagają drogiego i dużego sprzętu laboratoryjnego oraz złożonych strategii analizy danych.

Nowa technologia w diagnostyce choroby Parkinsona

Konwersja indukowana wibracjami wzmocniona kapilarami, czyli Cap-QuIC, to test oparty na działaniu kapilarnym; To znaczy, gdy ciecz wspina się po wąskiej rurze lub materiale wbrew grawitacji z powodu napięcia powierzchniowego. Opracowany przez dr. Petera Christensena, pierwszego autora badania, Cap-QuIC zależy od właściwości powierzchni białka, które znacznie różnią się między stanami zdrowymi i niezdrowymi.

„Pamiętam, jak byłem w laboratorium, używając drogiego czytnika fluorescencyjnego, aby określić, czy moje próbki były pozytywne, czy negatywne” – powiedział Christenson. „W miarę kontynuowania eksperymentów byłem w stanie przewidzieć stan każdej próbki przed umieszczeniem jej w czytniku. Wtedy przyszło mi do głowy: «Po co zawracać sobie głowę używaniem tak drogiego sprzętu, skoro mogę naocznie ocenić stan próbek». ? „To był kluczowy moment, który doprowadził nas do opracowania nowego testu do wykrywania zdenaturowanych białek”.

Po etapie amplifikacji zaobserwowano wyraźne różnice w wysokości cieczy w szklanych kapilarach, czyli małych probówkach przeznaczonych do przechowywania materiału biologicznego, w porównaniu z nienaruszonymi ludzkimi kapilarami. Wzrost płynu powyżej pewnego progu wewnątrz rurki wskazywał na obecność nieprawidłowo sfałdowanej alfa-synukleiny. Poniżej progu próbka była normalna.

Wykrywanie metodą kapilarną porównano z obecnym złotym standardem stosowanym do badania i monitorowania agregatów białkowych: wykrywaniem fluorescencyjnej tioflawiny T (ThT).

Zespół zbadał próbki węzłów chłonnych jelenia bielika z przewlekłą chorobą wyniszczającą lub bez niej, czyli schorzeniem, które uważa się za spowodowane nieprawidłowo sfałdowanymi białkami zwanymi prionami.

„Ta metoda ma zastosowanie nie tylko w przypadku choroby Parkinsona, ale może również pomóc przyspieszyć diagnozowanie innych podobnych chorób, w tym przewlekłej choroby wyniszczającej u jeleni” – powiedział dr Peter Larsen, profesor nadzwyczajny nauk weterynaryjnych i biomedycznych na Uniwersytecie Michigan Wyższa Szkoła Medycyny Weterynaryjnej.

Eksperymenty wykazały wysoki stopień zgodności między wykrywaniem kapilar a testami opartymi na ThT, przy czym klasyfikacja kapilar odpowiada klasyfikacji ThT w 95,6% przypadków. W przypadku każdej próbki tkanki średnia wysokość płynu w szklanych kapilarach była również powiązana ze średnimi sygnałami fluorescencyjnymi, „co wskazuje na solidną skuteczność metody Cap-QuIC”.

Eksperymenty przeprowadzone w celu zrozumienia podstawowego mechanizmu Cap-QuIC wykazały, że różnica w odległości naczyń włosowatych między białkami normalnymi i zdenaturowanymi wynika z wiązania białka z wewnętrzną ścianą kapilary. Naturalne białka w większym stopniu wiążą się ze szkłem, co skutkuje zmniejszoną aktywnością kapilarną.

Wreszcie różnice w stężeniach białek alfa-synukleiny lub zdenaturowanych prionów nie wpływały na wysokość płynu w probówkach. Z drugiej strony wysokość naczyń włosowatych zależała od stężenia zdrowych białek, ponieważ „jest mniej swobodnie pływających białek, które wchodzą w interakcję z wewnętrznymi ścianami naczyń włosowatych, w związku z czym zanika zahamowanie wzrostu naczyń włosowatych” – zasugerowali naukowcy.

„Nasza procedura Cap-QuIC stanowi znaczący postęp w diagnostyce chorób neurodegeneracyjnych w miejscu opieki” – powiedziała dr Sang-Hyun Oh, główny uczestnik badania i profesor na Uniwersytecie Michigan. „Dzięki uproszczeniu procesu wykrywania , możemy wcześniej zdiagnozować chorobę Parkinsona. „Jest to niezwykle istotne dla skutecznego leczenia i leczenia”.