Ett nytt verktyg för proteinanalys som utvecklats vid universitetet i Buffalo kan avsevärt öka hastigheten och precisionen med vilken sjukdomar och läkemedelseffekter analyseras.

Det banbrytande verktyget, kallas IonStar, är den första som ger nästan perfekt noggrannhet när man kvantifierar och jämför mängden proteiner i kropparna hos människor som är friska och sjuka.

Jämfört med industristandarden MaxQuant, IonStar förbättrade mätningskonsistensen för proteiner i låg mängd och sänkte mängden saknade data i resultat från 17 procent till 0,1 procent, en nivå som aldrig har uppnåtts med stora urval.

Det nya verktyget skulle kunna öka kvaliteten och noggrannheten i medicinsk diagnos och snabba upp tempot i läkemedelsutvecklingen.

"IonStar kommer att totalt förändra den kliniska och farmaceutiska forskningen och industrin, där stora utredningar ofta är kritiska, säger Jun Qu, Ph.D., ansvarig utredare och professor vid UB School of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences.

Forskningen publicerades i går i Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) .

Spelar Spot the Difference

Det överflöd av proteiner i kroppen som motsvarar sjukdom eller farmaceutiska reaktioner kan ge forskare viktiga ledtrådar för att korrekt diagnostisera ett tillstånd, och för att utveckla potentiella terapier och utvärdera läkemedelseffekter.

Proteinanalysverktyg används för att kvantifiera och jämföra mängden proteiner i grupper av friska individer med de som är sjuka eller behandlade med ett läkemedel. Förändringar i proteinöverflöd, när de analyseras tillsammans, avslöjar ofta nya biomarkörer.

Utmaningen för forskarna är att nuvarande verktyg inte är effektiva för att analysera ett stort antal prover. En typ av metod, märkningsmetoden, använder kemiska taggar för att märka proteiner. Problemet:Programvaran kan bara analysera upp till 10 prover åt gången, gör det svårt för forskare att genomföra typiska farmaceutiska och kliniska studier, säger Qu.

Alternativet, den etikettfria metoden, kan analysera ett stort antal prover samtidigt på bekostnad av noggrannhet och precision, får forskare att slösa tid och resurser på att validera felaktigt identifierade biomarkörer.

IonStar ökar noggrannheten och precisionen och minskar saknade data genom att förbättra provberedningsmetoderna, anpassnings- och funktionsdetektionsdesigner för masspektrometrianalys.

"Till exempel, i kliniska prövningar, att jämföra en handfull patienter kommer du ingenstans, " säger Qu. "Om du kan analysera ett stort antal patienter med data av hög kvalitet, du kan upptäcka och spåra biomarkörer mycket mer exakt och tillförlitligt. Detsamma gäller för läkemedelsundersökningar."

Bevisar konceptet för traumatisk hjärnskada

Forskare använde IonStar för att kvantifiera proteiner hos råttor med traumatisk hjärnskada, ett försvagande tillstånd som står för 2,2 miljoner akutbesök årligen i USA.

Med hjälp av 100 vävnadsprover, IonStar identifierade 7, 000 proteiner, inklusive 1, 000 som skilde sig åt i överflöd, utan att sakna data.

IonStar mätte också proteiner med låg förekomst med högre noggrannhet och precision än andra vanliga analysverktyg. Denna förmåga är avgörande, säger Qu, eftersom proteiner som förekommer i mindre mängder spelar en mer inflytelserik roll i kroppen.

"Om proteiner på högre nivå är soldater, då är proteiner på lägre nivå befälhavarna. De är regulatorerna som talar om för proteiner på högre nivå vad de ska göra, säger Qu.

Qu har använt IonStar och liknande tekniker för att analysera proteinvariation i cancer, diabetes, hjärt-kärlsjukdom, neurodegeneration och retinadegeneration likaså.

Framtida arbete med IonStar kommer att fokusera på att utöka antalet prover som verktyget kan analysera.