En ny teknik som utvecklats vid Rensselaer Polytechnic Institute tillåter forskare att samla in stora mängder biokemisk information från nanoskala benprov.

Tillsammans med att lägga till viktiga nya insikter i kampen mot osteoporos, denna innovation öppnar upp en helt ny proteomikbaserad metod för att analysera benkvaliteten. Det kan till och med hjälpa den arkeologiska och rättsmedicinska studien av mänskliga skelett.

"Vi kan ta väldigt små, benprover i nanoskala, och bestämma proteinsignaturerna hos benet, "sade Deepak Vashishth, chef för Institutionen för biomedicinsk teknik vid Rensselaer, som ledde studien. "Det här är relativt snabbt, enkelt sätt för oss att bestämma benets historia - hur och när det bildades - liksom benets kvalitet, och sannolikheten för sprickor. "

Resultat av studien, med titeln "Biokemisk karaktärisering av viktiga benmatrisproteiner med benprover och proteomikmetoder i nanoskala "släpptes online i slutet av maj av tidningen Molekylär och cellulär proteomik. Journalen, publicerad av American Society for Biochemistry and Molecular Biology, kommer också att innehålla papperet i en kommande tryckupplaga.

Forskningen, finansieras av U.S.National Institutes of Health, genomfördes i laboratorierna vid Centrum för bioteknik och tvärvetenskapliga studier vid Rensselaer.

Ben består huvudsakligen av mineral, med den återstående mängden bestående av organiskt material. Den stora majoriteten av det organiska materialet är kollagen. Det återstående icke-kollagena organiska materialet är en blandning av andra proteiner, som bildar en sammanlänkad matris. Kvaliteten på denna matris varierar mycket med ålder, näring, och sjukdom. Vashishth och hans forskargrupp undersöker denna benmatris för att avgöra hur interaktionen och modifieringen av enskilda proteiner påverkar utvecklingen, strukturera, och styrkan hos det totala benet.

I den här studien, de kopplade ihop laserfångningsmikroskopi med flera andra tekniker för att skapa en helt ny metod för att analysera benmatris. Analysen ger data om koncentrationen av olika proteiner i benmatrisen, vilket i sin tur leder till viktig information om benet - till exempel när det bildades, hur det har modifierats, och om det är mer eller mindre benäget för fraktur.

Vashishth sa att detta är ett viktigt steg mot att öka nuvarande diagnostekniker för osteoporos, som mäter benförlust och mängden ben som finns, med nya, minimalt invasiv, proteomikdrivna tekniker för att bedöma benets kvalitet.

Det unga området proteomik fokuserar på strukturen och funktionen hos proteiner, och är mogen för innovation, Sa Vashishth. Termen "proteomik" ekar ordet genomik, studier av gener. Proteomics försöker avkoda det mänskliga proteomet genom att dokumentera strukturen, fungera, och interaktioner mellan proteiner.

"Det här är ett nytt område, eftersom benfraktur alltid har betraktats ur ett benkalciumperspektiv, ett mineralperspektiv, och nuvarande osteoporosbehandlingsmetoder är alla inriktade på det, "sa han." Vid osteoporos, mycket liten uppmärksamhet har ägnats åt benproteiner. Det är därför vi är mycket glada över vår nya proteomikbaserade metod för att läsa ett benets proteinsignatur, och bedöma benets kvalitet. Jag tror att det öppnar en ny väg för att närma sig och studera osteoporos. "

Liksom alla vävnader i människokroppen, ben förnyar sig med tiden. Ben regenererar mycket långsammare än andra vävnader, dock, och skelettet tar cirka 10 år att gradvis ersätta sig själv med ny vävnad. Olika delar av ett ben regenererar med olika hastigheter, vilket innebär att vissa delar av ett ben kan vara äldre och mer mottagliga för fraktur, medan andra delar av samma ben är nyare och stabilare. Äldre och yngre delar av ett ben har olika proteinsignaturer och reagerar olika på medicinska behandlingar. Vashishth sa att hans nya metod är ett enkelt sätt att hjälpa till att skilja mellan olika åldrade benområden, bestämma deras kvalitet, och förutse deras känslighet för fraktur.

Till sist, tillsammans med att driva fram det framväxande området benproteomik och öppna nya möjligheter för att studera och behandla osteoporos, Vashishths resultat kan vara användbara för forskare inom andra områden som hanterar ben. Kriminalteknik, biologi, antropologi, arkeologi, och andra områden där benprov verkligen är sällsynta, små, och dyrbart skulle troligtvis vara användbart att analysera benproteinsignaturer med minimal skada på benprovet, han sa. Denna proteinsignaturinformation kan ge ny inblick i hur ben bildades, tillsammans med näring och kost för dessa individer.