Forskare från Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIST) har utvecklat en innovativ metod för att visualisera upp till tiotals olika proteiner samtidigt i samma cell. Denna teknik kan hjälpa forskare att belysa de komplexa proteininteraktioner som är involverade i degenerativa sjukdomar som Alzheimers, fördjupa förståelsen av deras mekanismer och möjliggöra tidig upptäckt och behandling.

Degenerativa sjukdomar som Alzheimers involverar ofta komplexa interaktioner mellan flera proteiner och andra biomolekyler. Att förstå dessa interaktioner med hjälp av befintlig bildteknik är svårt på grund av otillräcklig upplösning och omöjligheten att samtidigt upptäcka många olika proteiner.

I en nyligen genomförd tvärvetenskaplig studie, ett forskarlag ledd av professorerna Dae Won Moon och Su-Il In från Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology utvecklade ett innovativt tillvägagångssätt som utökar tillämpningarna av sekundärjonmasspektrometri från dess ursprungliga syfte i halvledarindustrin till det biomedicinska avbildningsområdet. Sekundär-jons masspektrometri tillåter forskare att analysera ytans sammansättning och erbjuder mycket hög upplösning. Att använda denna teknik för att avbilda proteiner var omöjligt – fram till nu.

I detta nya tillvägagångssätt, olika nanopartiklar av metalloxid är individuellt bundna till antikroppar som binder till specifika målproteiner. Masspektrometern kan lätt detektera dessa nanopartiklar även vid låga strålningsdoser, vilket lämnar cellvävnaden intakt och möjliggör flera analyser på samma celler. Genom detta tillvägagångssätt, det är teoretiskt möjligt att analysera tiotals proteiner samtidigt. Detta överträffar avsevärt befintliga fluorescensbaserade metoder, som möjliggör samtidig avbildning av cirka fyra proteiner.

Forskarna använde sin metod för att jämföra fördelningen av proteiner i hjärnvävnaden hos möss som antingen var friska eller hade Alzheimers. De visade att värdefull insikt kunde erhållas genom att observera multiplexproteinfördelningar i hippocampus och visade hur dessa skilde sig mellan friska och sjuka möss.

För att uppnå dessa resultat krävs att man kombinerar kunskap från många discipliner. Prof. Moon säger, "För mig, en speciell höjdpunkt i detta arbete är samarbetet mellan många forskare med olika bakgrunder, som kemister, nanopartikelexperter, läkare, och biologer. Det var inte lätt och tog lång tid, men det var spännande att se framstegen. Vi kan nu visualisera flera proteiner på cellmembran med en rumslig upplösning på 300 nanometer."

Han förväntar sig att denna nya bildmetod kommer att bli ett viktigt verktyg för att fördjupa vår förståelse för degenerativa sjukdomar. "Den föreslagna tekniken kan användas för att ta reda på de tidiga stadierna av Alzheimers sjukdom, i sin tur möjliggör tidig upptäckt och behandling, " han säger.