纳米粒子系统从血液中捕获心脏病生物标记物，用于深入分析

威斯康星大学麦迪逊分校的研究人员开发了一种方法，将粘性纳米粒子与高精度蛋白质测量相结合，以捕获和分析心脏病的常见标志物，从而揭示以前无法获得的细节。

新方法是一种称为纳米蛋白质组学的系统，它可以有效地捕获和测量各种形式的蛋白质心肌肌钙蛋白I或cTnI，这是一种用于帮助诊断心脏病发作和其他心脏病的生物标志物。终有一天，一项有效的cTnI突变检测将为医生提供更好的诊断心脏病的能力，心脏病是欧洲的头号死因。

威斯康星大学细胞和再生生物学及化学教授鹦哥、化学教授晋松以及化学研究生蒂莫西泰安本和大卫罗伯兹领导了这项工作，这项工作发表在8月6日的《自然通讯》杂志上。研究人员现在计划使用他们的新方法将各种形式的cTnI与特定的心脏病联系起来，作为开发新诊断测试的一步。

医生目前使用一种基于抗体的测试，称为酶联免疫吸附试验，根据患者血液样本中升高的cTnI水平来帮助诊断心脏病发作。虽然ELISA检测很敏感，但患者血液中可以有较高水平的cTnI，而不存在心脏病，这可能导致患者治疗费用昂贵且不必要。

“因此，我们希望使用我们的纳米蛋白质组学系统来研究这种蛋白质的各种修饰形式的更多细节，而不仅仅是测量其浓度，”葛说，他也是华盛顿大学医学和公共卫生学院人类蛋白质组学项目的主任。"这将有助于为精确医学揭示每个病人的cTnI分子指纹."

测量血液中低浓度的蛋白质(如cTnI)是一个典型的大海捞针的问题。罕见而有意义的疾病生物标志物被血液中常见而非诊断性的蛋白质完全淹没。目前的方法使用抗体来富集和捕获复杂样品中的蛋白质，以识别和定量蛋白质。但是抗体价格昂贵，批次之间存在差异，会产生不一致的结果。

为了捕获cTnI并克服抗体的一些限制，研究人员设计了磁铁矿纳米粒子(氧化铁的磁性形式)，并将它们与由13个氨基酸组成的肽相连，该肽旨在特异性结合cTnI。血液样本中的肽段被锁定在cTnI上，磁铁可以用来一起收集纳米粒子。纳米粒子和肽容易在实验室制造，这使得它们便宜且一致。

使用纳米粒子，研究人员可以有效地富集人类心脏组织和血液样本中的cTnI。然后他们使用先进的质谱技术，可以通过质量来区分不同的蛋白质，不仅可以准确地测量cTnI，还可以评估蛋白质的各种修饰形式。

像许多蛋白质一样，身体可以根据潜在疾病或环境变化等因素来修饰cTnI。就cTnI而言，机体会添加不同量的磷酸基团，这些小分子标签可能会改变cTnI的功能。这些变化很微妙，很难跟踪。

“但是通过高分辨率质谱，我们现在可以‘看到’蛋白质的这些分子细节，就像隐藏在表面下的冰山一样，”葛说。

泰安本和罗伯茨决定测试他们是否能够区分病人血液样本中发现的各种形式的cTnI。他们在血清中加入了来自正常、患病或死亡捐赠者心脏的蛋白质。然后他们用他们的纳米粒子捕获cTnI，用质谱测量蛋白质。

正如所希望的那样，科学家们可以观察到每一个心脏组织中普遍存在的cTnI类型的不同模式。例如，一颗健康的心脏往往含有大量带有多个磷酸基团的cTnI，而一颗患病心脏的cTnI则含有较少的磷酸盐，而一颗死后心脏的cTnI则破碎成碎片。

虽然这仍然是一项概念验证研究，还需要更多的研究，但正是这种将cTnI变异模式与心脏健康联系起来的能力，研究人员希望有一天能开发一种新的诊断工具，帮助医院治疗疑似心脏病的患者。研究人员已经通过威斯康辛校友研究基金会为这项新技术提交了专利申请。

“我们相信，基于我们在这里的工作，未来的血液检测可以补充目前的酶联免疫吸附试验，”金说。“将来，当ELISA显示cTnI水平升高时，您的医生可能会要求进行全面的纳米蛋白组学测试，以确定是否是由心脏病引起的，并识别不同类型的心脏病，从而在避免不必要的护理和患者费用的同时进行更准确的治疗。”。