Acești senzori minusculi pot detecta cancerul devreme
Noi cercetări folosesc nanosenzori pentru a detecta interacțiunile proteină-proteină care pot semnaliza cancerul. Constatările se pot dovedi utile în special pentru identificarea leucemiei limfocitare mult mai devreme.
Cancerul este una dintre principalele cauze de deces atât în Statele Unite, cât și în întreaga lume. Potrivit Institutului Național al Cancerului, în 2012 au existat peste 8 milioane de decese legate de cancer în întreaga lume și peste 600.000 de persoane din SUA ar putea muri din cauza bolii în 2018.
Depistarea timpurie a acestei boli care pune viața în pericol este crucială, iar oamenii de știință din domeniul medical lucrează din greu la conceperea unor modalități mai noi și mai eficiente de diagnosticare a cancerului cât mai curând posibil.
Acum, noile cercetări folosesc senzori mici pentru a detecta modificări moleculare minuscule care pot fi indicative ale cancerului.
Liviu Movileanu, profesor de fizică la Colegiul de Arte și Științe de la Universitatea Syracuse din New York, împreună cu Avinash Kumar Thakur, cercetător doctor în fizică la Syracuse, detaliază rolul acestor nanosenzori într-o lucrare care apare în revista Biotehnologia naturii.
După cum explică prof. Movileanu, nanosenzorii pot fi deosebit de utili pentru detectarea leucemiei limfocitare, o formă de cancer care începe în măduva osoasă și se răspândește în sânge.
În S.U.A., aproape 21.000 de cazuri noi de leucemie limfocitară vor apărea probabil în 2018, iar mai mult de 4.500 de persoane pot muri ca urmare.
Cum funcționează nanosenzorii
Nanosenzorii originari din laboratorul prof. Movileanu pot detecta așa-numitele interacțiuni proteină-proteină (IPP), adică procese esențiale pentru dezvoltarea celulelor.
Așa-numitul interactom se referă la „harta completă a interacțiunilor proteice care pot apărea într-un organism viu”. Interactomica - sau cartografierea interactomului, folosind tehnici tehnologice și de calcul de ultimă generație - este un subdomeniu înfloritor al biofizicii care studiază consecințele acestor interacțiuni.
IPP-urile depind de o varietate de factori, cum ar fi tipul de celulă, stadiul său de dezvoltare și condițiile de mediu. Unele IPP sunt stabile, dar altele sunt tranzitorii.
De exemplu, interacțiunile necesare pentru a activa expresia genelor sau cele care afectează semnalizarea celulară și dezvoltarea celulelor canceroase sunt tranzitorii, ceea ce înseamnă că acestea durează doar aproximativ o milisecundă.
Natura trecătoare a acestor IPP le face dificil de detectat cu metodele disponibile în prezent.
Cu toate acestea, nanosenzorii proveniți din laboratorul prof. Movileanu ocolesc acest obstacol prin crearea unei mici deschideri în membrana celulară prin care trece curentul electric.
Când proteinele trec prin aceste mici deschideri sau nanopori, ele modifică intensitatea curentului electric. Aceste modificări relevă identitatea și proprietățile fiecărei proteine.
„Datele culese dintr-un singur eșantion de proteine sunt imense”, spune prof. Movileanu, care și-a obținut doctoratul. în fizică experimentală de la Universitatea București din România și este în prezent membru al grupului de cercetare biofizică și biomateriale din cadrul Departamentului de Fizică din Siracuza.
„Nanostructurile noastre ne permit să observăm evenimentele biochimice într-un mod sensibil, specific și cantitativ”, continuă cercetătorul. „Ulterior, putem face o evaluare solidă cu privire la o singură probă de proteine”.
Cunoștințele detaliate ale genomului uman au deschis o nouă frontieră pentru identificarea multor proteine funcționale implicate în scurte asocieri fizice cu alte proteine, continuă cercetătorul.
„Perturbările majore în rezistența acestor IPP duc la afecțiuni. Datorită naturii tranzitorii a acestor interacțiuni, sunt necesare noi metode pentru a le evalua. ”
Fizicianul explică, de asemenea, modul în care mecanismele de detectare fin ajustate ale nanosenzorilor săi pot ajuta la combaterea cancerului.
„Dacă știm cum funcționează părțile individuale ale unei celule, ne putem da seama de ce o celulă se abate de la funcționalitatea normală către o stare asemănătoare tumorii [...] Senzorii noștri mici pot face lucruri mari pentru screeningul biomarkerului, profilarea proteinelor și studiu la scară al proteinelor [cunoscut sub numele de proteomică]. ”
Prof. Liviu Movileanu
Prof. Movileanu speră că nanosenzorii săi vor fi deosebit de utili pentru detectarea leucemiei limfocitare, o afecțiune în care celulele sanguine nu se maturizează și mor normal, ci „se acumulează în măduva osoasă și înghesuie celulele normale și sănătoase”.
