(Phys.org)—Forskare från University of Lissabon och North Lisbon Hospital Center (Centro Hospitalar Lisboa Norte) genomförde en pilotstudie som visade hur atomkraftsmikroskopi (AFM) kan användas som ett icke-invasivt diagnostiskt verktyg för kroniskt hjärta sjukdom. Deras arbete visas i det senaste numret av Naturens nanoteknik .

Världshälsoorganisationen uppskattar att 17,5 miljoner människor dör årligen på grund av hjärt-kärlsjukdomar. Ischemisk kardiomyopati är den vanligaste orsaken till hjärtsvikt och kommer vanligtvis med en dålig prognos för patienter. Ischemisk kronisk hjärtsvikt (CHF) uppstår när hjärtat inte kan ta emot tillräckligt med blod, ofta på grund av artärblockering eller ärr från hjärtinfarkt. Eftersom CHF är så genomgripande, Forskare har sökt biomarkörer för att indikera patientrisk för återfall, inklusive diagnos av ischemisk kontra icke-ischemisk CHF.

Genom att använda AFM-tekniker och bygga vidare på sina tidigare studier om hur fibrinogen, ett protein som finns i blodplasma, binder till cellmembranet hos erytrocyter (dvs. röda blodceller), Ana Filipa Guedes, Filomena A. Carvalho, Ines Malho, Nuno Lousada, Luis Sargento, och Nuno C. Santos observerade molekylära förändringar som inträffar hos patienter med ischemisk CHF. Dessa förändringar skulle kunna användas för att bedöma patientrisk samt tillhandahålla potentiella mål för läkemedelsupptäckt. De testade femton patienter med ischemisk CHF, femton med icke-ischemisk CHF, och femton friska patienter som kontrollgrupp.

Atomkraftsmikroskopi möjliggör studier på molekylär nivå eftersom dess sondspetsstorlek är i storleksordningen nanometer i diameter. I denna studie användes AFM för att undersöka bindningsstyrkan och frekvensen mellan fibrinogen och αvβ3-receptorn på erytrocytytan samt erytrocytelasticitet via spetspenetrationsdjup.

AFM-spetsen funktionaliserades med fibrinogenmolekyler och sattes i kontakt med receptorerna på erytrocytytan. Bindningsstyrkan hittades genom kraftmätningar när spetsen drogs bort från receptorställena. Guedes, et al. fann att bindningsstyrkan och frekvensen var olika i varje typ av prov. Patienter med ischemisk CHF visade den starkaste bindningsstyrkan, men den lägsta bindningsfrekvensen. Icke-ischemisk CHF var nästa, följt av kontrollgruppen, som visade den högsta bindningsfrekvensen men den lägsta bindningsstyrkan mellan fibrinogen och αvβ3-receptorn.

Erytrocyter är kända för att ändra form baserat på deras fysiologiska miljö. Erytrocyter kommer att ändra sin form när en hög eller låg skjuvkraft, eller flödeshastighet, tillämpas på dem. Detta hjälper de röda blodkropparna att flyta smidigt och inte bli igensatta. Dessutom, vissa sjukdomar kan orsaka förändringar i erytrocytens form. En erytrocyts förmåga att ändra form baseras på hur elastiskt dess membran är.

För att bestämma erytrocytelasticiteten, Guedes, et al. tittade på AFM spets penetrationsdjup. De fann att röda blodkroppar från patienter med icke-ischemisk CHF hade en högre genomsnittlig stelhet än celler från den ischemiska gruppen och kontrollgruppen. Dock, röda blodkroppar från patienter med ischemisk CHF hade högre cellpenetrationsdjup. Viskositetsstudier visade också att celler från icke-ischemiska patienter var högre än ischemiska patienter och kontrollgruppen. Cellstelheten kan vara en av orsakerna till en högre förekomst av kardiovaskulära händelser på grund av blodproppar.

Till sist, AFM-studierna korrelerades med patientens kliniska data. Efter tolv månader var de patienter som hade en högre bindningskraft mellan fibrinogen och erytrocytreceptorn mer benägna att läggas in på sjukhus för en kardiovaskulär komplikation än de två andra grupperna. Statistiska studier visar ett samband mellan bindningsstyrka och sjukhusvistelse inom de närmaste tolv månaderna.

Även om detta bara är en pilotstudie med ett begränsat antal patienter, författarna påpekar att dessa resultat visar att AFM är ett lovande nanotverktyg för att titta på interaktionen mellan fibrinogen och erytrocytbindning, som kan användas för att identifiera de patienter som löper ökad risk för en efterföljande kardiovaskulär händelse.

© 2016 Phys.org