Αυτοί οι μικροσκοπικοί αισθητήρες μπορεί να ανιχνεύσουν τον καρκίνο νωρίς
Νέα έρευνα χρησιμοποιεί νανοαισθητήρες για την ανίχνευση αλληλεπιδράσεων μεταξύ πρωτεϊνών και πρωτεϊνών που μπορεί να σηματοδοτήσουν καρκίνο. Τα ευρήματα μπορεί να αποδειχθούν ιδιαίτερα χρήσιμα για τον εντοπισμό της λεμφοκυτταρικής λευχαιμίας πολύ νωρίτερα.
Ο καρκίνος είναι μια από τις κύριες αιτίες θανάτου τόσο στις Ηνωμένες Πολιτείες όσο και παγκοσμίως. Σύμφωνα με το Εθνικό Ινστιτούτο Καρκίνου, υπήρχαν περισσότεροι από 8 εκατομμύρια θάνατοι που σχετίζονται με καρκίνο σε όλο τον κόσμο το 2012 και πάνω από 600.000 άτομα στις ΗΠΑ ενδέχεται να πεθάνουν από την ασθένεια το 2018.
Η έγκαιρη ανίχνευση αυτής της απειλητικής για τη ζωή ασθένειας είναι ζωτικής σημασίας και οι ιατροί επιστήμονες εργάζονται σκληρά για να επινοήσουν νεότερους και πιο αποτελεσματικούς τρόπους διάγνωσης του καρκίνου το συντομότερο δυνατό.
Τώρα, νέα έρευνα χρησιμοποιεί μικροσκοπικούς αισθητήρες για να ανιχνεύσει μικρές μοριακές αλλαγές που μπορεί να είναι ενδεικτικές του καρκίνου.
Ο Liviu Movileanu, καθηγητής φυσικής στο Κολλέγιο Τεχνών και Επιστημών στο Πανεπιστήμιο των Συρακουσών στη Νέα Υόρκη, μαζί με τον Avinash Kumar Thakur, διδακτορικό ερευνητή στη φυσική στις Συρακούσες, περιγράφουν λεπτομερώς τον ρόλο αυτών των νανοαισθητήρων σε μια εφημερίδα που εμφανίζεται στο περιοδικό. Βιοτεχνολογία της φύσης.
Όπως εξηγεί ο καθηγητής Movileanu, οι νανοαισθητήρες μπορεί να είναι ιδιαίτερα χρήσιμοι για την ανίχνευση λεμφοκυτταρικής λευχαιμίας, μια μορφή καρκίνου που ξεκινά στο μυελό των οστών και εξαπλώνεται στο αίμα.
Στις ΗΠΑ, σχεδόν 21.000 νέες περιπτώσεις λεμφοκυτταρικής λευχαιμίας είναι πιθανό να εμφανιστούν το 2018 και ως αποτέλεσμα περισσότεροι από 4.500 άνθρωποι μπορεί να πεθάνουν.
Πώς λειτουργούν οι νανοαισθητήρες
Οι νανοαισθητήρες που προέρχονται από το εργαστήριο του καθηγητή Movileanu μπορούν να ανιχνεύσουν τις λεγόμενες αλληλεπιδράσεις πρωτεΐνης με πρωτεΐνη (PPI), δηλαδή διαδικασίες που είναι απαραίτητες για την ανάπτυξη των κυττάρων.
Το λεγόμενο interactome αναφέρεται στον «πλήρη χάρτη των αλληλεπιδράσεων πρωτεΐνης που μπορούν να συμβούν σε έναν ζωντανό οργανισμό». Η Interactomics - ή η χαρτογράφηση του interactome, χρησιμοποιώντας προηγμένες τεχνολογικές και υπολογιστικές τεχνικές - είναι ένα ακμάζον υποπεδίο της βιοφυσικής που μελετά τις συνέπειες αυτών των αλληλεπιδράσεων.
Οι PPI εξαρτώνται από διάφορους παράγοντες, όπως ο τύπος των κυττάρων, το στάδιο ανάπτυξης και οι περιβαλλοντικές συνθήκες. Ορισμένοι PPI είναι σταθεροί, αλλά άλλοι είναι παροδικοί.
Για παράδειγμα, οι αλληλεπιδράσεις που απαιτούνται για την ενεργοποίηση της γονιδιακής έκφρασης ή εκείνων που επηρεάζουν την κυτταρική σηματοδότηση και την ανάπτυξη καρκινικών κυττάρων είναι παροδικές, πράγμα που σημαίνει ότι διαρκούν μόνο περίπου ένα χιλιοστό του δευτερολέπτου.
Η φευγαλέα φύση αυτών των PPI τους καθιστά δύσκολο να εντοπιστούν με τις διαθέσιμες μεθόδους.
Ωστόσο, οι νανοαισθητήρες που προέρχονται από το εργαστήριο του καθηγητή Movileanu παρακάμπτουν αυτό το εμπόδιο δημιουργώντας ένα μικρό άνοιγμα στην κυτταρική μεμβράνη μέσω της οποίας διέρχεται το ηλεκτρικό ρεύμα.
Όταν οι πρωτεΐνες περνούν από αυτά τα μικρά ανοίγματα ή νανοπόρους, αλλάζουν την ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος. Αυτές οι αλλαγές αποκαλύπτουν την ταυτότητα και τις ιδιότητες κάθε πρωτεΐνης.
«Τα δεδομένα που συλλέχθηκαν από ένα δείγμα πρωτεΐνης είναι τεράστια», λέει ο καθηγητής Movileanu, ο οποίος κέρδισε το διδακτορικό του. στην πειραματική φυσική από το Πανεπιστήμιο του Βουκουρεστίου στη Ρουμανία και είναι σήμερα μέλος της ερευνητικής ομάδας βιοφυσικής και βιοϋλικών στο Τμήμα Φυσικής των Συρακουσών.
"Οι νανοδομές μας μας επιτρέπουν να παρατηρούμε βιοχημικά γεγονότα με ευαίσθητο, συγκεκριμένο και ποσοτικό τρόπο", συνεχίζει ο ερευνητής. "Στη συνέχεια, μπορούμε να κάνουμε μια σταθερή εκτίμηση για ένα δείγμα πρωτεΐνης."
«Η λεπτομερής γνώση του ανθρώπινου γονιδιώματος έχει ανοίξει ένα νέο όριο για τον προσδιορισμό πολλών λειτουργικών πρωτεϊνών που εμπλέκονται σε σύντομες φυσικές συσχετίσεις με άλλες πρωτεΐνες», συνεχίζει ο ερευνητής.
«Σημαντικές διαταραχές στη δύναμη αυτών των PPI οδηγούν σε ασθένειες. Λόγω της παροδικής φύσης αυτών των αλληλεπιδράσεων, χρειάζονται νέες μέθοδοι για την αξιολόγησή τους. "
Ο φυσικός εξηγεί επίσης πώς οι λεπτομερείς μηχανισμοί ανίχνευσης των νανοαισθητήρων του μπορούν να βοηθήσουν στην καταπολέμηση του καρκίνου.
«Αν γνωρίζουμε πώς λειτουργούν τα μεμονωμένα μέρη ενός κυττάρου, μπορούμε να καταλάβουμε γιατί ένα κύτταρο αποκλίνει από την κανονική λειτουργικότητα σε μια κατάσταση όγκου […] Οι μικροί αισθητήρες μας μπορούν να κάνουν μεγάλα πράγματα για τον έλεγχο βιοδείξεων, το προφίλ πρωτεϊνών και το μεγάλο- μελέτη κλίμακας πρωτεϊνών [γνωστή ως πρωτεωμική]. "
Καθ. Liviu Movileanu
Ο καθηγητής Movileanu ελπίζει ότι οι νανοαισθητήρες του θα είναι ιδιαίτερα χρήσιμοι για την ανίχνευση της λεμφοκυτταρικής λευχαιμίας, μια κατάσταση όπου τα κύτταρα του αίματος δεν ωριμάζουν και πεθαίνουν ως φυσιολογικά, αλλά «συσσωρεύονται στο μυελό των οστών και συγκεντρώνουν τα φυσιολογικά, υγιή κύτταρα».
