Forskare vid Michigan State Universitys Precision Health Program har hjälpt till att utveckla en fascinerande ny metod för att upptäcka tätheten av proteiner i blodet – en metod som avsevärt kan förbättra hastigheten med vilken sjukdomar upptäcks och diagnostiseras.

Metoden, kallad "magnetisk levitation, " eller MagLev, hade tidigare använts för att separera olika typer av partiklar i lösningar, ordna dem i grupper baserat på deras relativa densitet snarare än vikt. Nu, två nya studier av Morteza Mahmoudi från Precision Health, assisterande professor, och Ali Akbar Ashkarran, forskningsassistent, illustrera hur metoden också kan tillämpas på humant blodplasma - den flytande komponenten i blod. Plasma innehåller många typer av proteiner som utför en mängd funktioner i kroppen.

"När vi lägger något i vätska, den separeras i sediment efter vikt, " sade Mahmoudi. "Men en annan kraft - den magnetiska kraften - kan ta bort vikten och sväva proteinerna. Detta tillåter oss att mycket mer exakt definiera tätheten av proteiner i lösning."

Att noggrant kunna mäta tätheten av proteiner i kroppen är viktigt eftersom proteiner spelar viktiga roller i både hälso- och sjukdomstillstånd. Till exempel, lipoproteiner transporterar fett till celler, antikroppsproteiner spelar roller i immunitet och koagulationsproteiner hjälper blodpropp. Nuvarande metoder för att mäta densitet av proteiner i vätska är opålitliga och förstör ofta proteinernas grundläggande egenskaper.

I den första studien, publiceras i Analytisk kemi , teamet tillämpade MagLev-tekniken i ett litet rör som innehöll magnetiska nanopartiklar i vilket plasmaproteiner hade införts. Under en tretimmarsperiod, teamet observerade uppkomsten av ett antal distinkta band som representerade olika former av proteiner.

"Proteinerna skapade specifika former när de svävade, " sade Mahmoudi. "Det ser ut som en "smiley" av lager."

Mätning av bandens densitet, teamet kom fram till två anmärkningsvärda fynd. Den första var att det inte fanns någon korrelation mellan densiteten av ett protein och dess molekylvikt, vilket kom som en överraskning eftersom det går emot konventionellt tänkande. Den andra var att den genomsnittliga tätheten av proteiner var mycket lägre än tidigare studier hade föreslagit.

Mekanismen genom vilken proteinerna separeras i lager genom densitet är inte helt klar, men det kan bero på strukturella skillnader och/eller protein-till-protein-interaktioner.

"Fynden är av avgörande betydelse, eftersom proteindensitet används för att definiera proteiners fysikaliska egenskaper, inklusive deras 3D-strukturer, sade Mahmoudi. Dessutom, den exakta tätheten av proteiner gör det möjligt för oss att designa säkrare och mer effektiva terapeutiska medel, som nanomedicin."

Så, MagLev-metoden är inte bara ett roligt forskningsverktyg – den har spännande kliniska implikationer. Den speciella "signaturen" av en individs plasmaproteiner kan berätta för en läkare mycket om en patients hälsotillstånd.

Verkligen, detta är vad Mahmoudi och Ashkarran lade fram i den andra studien, publiceras i Avancerat vårdmaterial . De testade MagLev-metoden kliniskt genom att jämföra plasman hos friska människor med den hos personer som missbrukar opioider. Från bildanalys, de fann distinkta och tillförlitliga skillnader i spektrumet av plasmaproteiner hos friska individer och de som missbrukar opioider.

Till exempel, givare som missbrukade opioider hade högre nivåer av vissa varianter av hemoglobin, ett fynd som motsvarar tidigare litteratur som tyder på högre nivåer av hemoglobin i blodet och i människors hjärnor.

Metoden har särskilt lovande för diagnostik, en potentiellt långvarig process som kan försena behandlingen. Mahmoudi sa att han och hans team för närvarande arbetar med att använda MagLev för att identifiera andra typer av kroniska sjukdomar, som multipel skleros och cancer, där korrekt diagnos är kritisk och i många fall livräddande.

"Det finns fyra undertyper av MS, men diagnosen baseras för närvarande på patientens beteende, symtom, och hans eller hennes svar på behandlingen, ”, sade Mahmoudi. ”Det finns ingen biomarkör eller MRI-test för att diagnostisera de olika subtyperna i de tidiga stadierna. Att korrekt diagnostisera typen av MS är avgörande, eftersom det dikterar vilken typ av behandling som är lämplig. Vi hoppas att denna MagLev-metod kommer att ge kliniker en teknik för att definiera undertyperna."

Teamet tittar också på om MagLev kan användas för att diagnostisera cancer, där tidig upptäckt kan påverka överlevnaden.

"Om vi ​​kan använda tekniken för att upptäcka cancer tidigare, många fler cancerformer skulle kunna behandlas framgångsrikt, "Sade Mahmoudi. "Studier visar att många typer av cancer kan botas om de upptäcks i de tidiga stadierna. Det verkliga problemet är sen upptäckt."