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Migliori immagini di proteine
I ricercatori del MIT hanno aumentato significativamente la sensibilità della spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (NMR), una tecnica analitica che può fornire immagini dettagliate delle strutture di molecole complesse come le proteine. Una migliore risonanza magnetica nucleare potrebbe aiutare le aziende farmaceutiche a selezionare rapidamente le librerie di potenziali terapie. Potrebbe anche essere usato un giorno per testare i pazienti per la presenza di proteine anomale, come quelle che si accumulano nel cervello a causa dell'Alzheimer e della malattia di Huntington.
Sonda proteica: Questa sonda NMR, che è più piccola di una carta di credito, aumenta notevolmente la sensibilità della tecnica analitica. La sonda utilizza un pezzo di rame semplice ed economico simile all'antenna di un telefono cellulare.
Fino ad ora, l'uso dell'NMR è stato limitato perché la tecnica è costosa e dispendiosa in termini di tempo e richiede che i ricercatori raccolgano campioni relativamente grandi della molecola che vorrebbero studiare. Il metodo del MIT, che si basa su un nuovo tipo di sonda magnetica, potrebbe ridurre il tempo necessario per eseguire questi test di un fattore 100, stima Arnold Schwartz, ex direttore della ricerca e sviluppo presso Variante , un produttore di macchine NMR con sede a Palo Alto, CA. Questo è un approccio molto nuovo rispetto a quelli adottati negli ultimi 30 anni, afferma Schwartz.
La spettroscopia NMR fornisce ai ricercatori informazioni sulla composizione chimica e sulla struttura tridimensionale delle molecole. L'NMR ti consente di effettuare misurazioni tra gli atomi e di capire la struttura di una molecola, dice Yael Maguire , che ha sviluppato la nuova sonda NMR per il suo lavoro di tesi presso il Media Lab del MIT e ha presentato il lavoro questa settimana al Simposio europeo del Società delle proteine a Zurigo, Svizzera.
Uno strumento per determinare la struttura chimica delle proteine ha una grande rilevanza clinica potenziale, afferma Shuguang Zhang , direttore associato del Center for Biomedical Engineering del MIT. L'attività dei farmaci proteici, ad esempio, dipende dalla forma delle proteine. E si ritiene che l'accumulo di proteine deformi nel cervello sia alla base di malattie neurodegenerative come l'Alzheimer. La cristallografia a raggi X può fornire informazioni strutturali simili a quelle fornite dalla spettrometria NMR, ma possono volerci anni di sforzi per far cristallizzare una proteina, afferma Maguire, e non tutte le proteine si cristallizzeranno.
Poiché i segnali a radiofrequenza su cui si basa la spettroscopia NMR sono molto deboli, sono necessari campioni di grandi dimensioni per eseguire esperimenti. Gli strumenti richiedono anche magneti grandi e potenti, che contribuiscono alle loro dimensioni e al loro costo. Quindi, i biochimici hanno avuto un accesso limitato alle macchine. Maguire e i suoi collaboratori, tra cui Zhang e Neil Gershenfeld del Center for Bits and Atoms del MIT, vogliono rendere l'NMR più ampiamente disponibile. Sogniamo di farne una macchina da tavolo in ogni laboratorio e ospedale, afferma Maguire.
L'NMR tradizionale utilizza bobine per rilevare i segnali a radiofrequenza prodotti da alcuni atomi, inclusi idrogeno e carbonio, quando sono esposti a un campo magnetico. Ma la forma complessa delle bobine le rende difficili da miniaturizzare ulteriormente. Al contrario, i ricercatori del MIT hanno fabbricato una sonda NMR altamente sensibile da una striscia piatta di rame simile alle antenne dei laptop e dei telefoni cellulari. È semplice da fabbricare, afferma Maguire. Le stesse aziende che producono antenne possono realizzarle. Un taglio rapido con un laser crea un piccolo foro da cui può fluire un campo magnetico.
Finora, i ricercatori del MIT hanno utilizzato la sonda per confermare strutture note. Nei test su una proteina chiamata ribonucleasi, sono stati in grado di utilizzare 3000 volte meno del composto di quanto normalmente richiesto per eseguire la spettroscopia NMR; nei test sul saccarosio ne hanno consumato 10.000 volte di meno.
Zhang si aspetta che il sistema NMR più sensibile venga adottato prima dai biologi strutturali, poi dalla comunità medica. Man mano che sempre più persone in altri campi, comprese le scienze mediche e le cliniche, diventano più consapevoli del potere e della sensibilità della RMN per la diagnosi delle malattie conformazionali proteiche, la useranno inevitabilmente, dice.
Maguire ora spera di integrare magneti più piccoli con gli spettrometri in modo che possano davvero adattarsi ai tavoli. Spera anche di integrare più sonde NMR con chip microfluidici per futuri test clinici che cercano più biomarcatori (come proteine mal ripiegate) nel sangue o nel liquido spinale di un paziente.