Des chercheurs de l'Université du Wisconsin-Madison ont développé une méthode combinant des nanoparticules collantes avec une mesure de protéines de haute précision pour capturer et analyser un marqueur commun de maladie cardiaque afin de révéler des détails qui étaient auparavant inaccessibles.

La nouvelle méthode, un système appelé nanoprotéomique, capte et mesure efficacement diverses formes de la protéine troponine cardiaque I, ou cTnI, un biomarqueur des lésions cardiaques actuellement utilisé pour aider à diagnostiquer les crises cardiaques et autres maladies cardiaques. Un test efficace des variations du cTnI pourrait un jour offrir aux médecins une meilleure capacité à diagnostiquer les maladies cardiaques, la principale cause de décès aux États-Unis

Professeur UW-Madison de biologie cellulaire et régénérative et de chimie Ying Ge, Le professeur de chimie Song Jin et les étudiants diplômés en chimie Timothy Tiambeng et David Roberts ont dirigé les travaux, qui a été publié le 6 août dans la revue Communication Nature . Les chercheurs prévoient maintenant d'utiliser leur nouvelle méthode pour associer les différentes formes de cTnI à des maladies cardiaques spécifiques comme étape vers le développement d'un nouveau test de diagnostic.

Les médecins utilisent actuellement un test à base d'anticorps appelé ELISA pour aider à diagnostiquer les crises cardiaques en fonction des niveaux élevés de cTnI dans l'échantillon de sang du patient. Bien que le test ELISA soit sensible, les patients peuvent avoir des taux élevés de cTnI dans le sang sans avoir de maladie cardiaque, ce qui peut conduire à des traitements coûteux et inutiles pour les patients.

"Nous voulons donc utiliser notre système de nanoprotéomique pour examiner plus en détail diverses formes modifiées de cette protéine plutôt que de simplement mesurer sa concentration, " dit Gé, qui est également directeur du programme de protéomique humaine à la faculté de médecine et de santé publique de l'UW. "Cela aidera à révéler les empreintes moléculaires du cTnI de chaque patient pour une médecine de précision."

La mesure des protéines à faible concentration dans le sang comme cTnI est un problème classique d'aiguille dans une botte de foin. Rare, les biomarqueurs significatifs de la maladie sont complètement submergés par des protéines communes et inutiles au diagnostic dans le sang. Les méthodes actuelles utilisent des anticorps pour enrichir et capturer des protéines dans un échantillon complexe afin d'identifier et de quantifier les protéines. Mais les anticorps sont chers, avoir des variations de lot à lot, et peut générer des résultats incohérents.

Pour capturer cTnI et surmonter certaines des limitations des anticorps, les chercheurs ont conçu des nanoparticules de magnétite, une forme magnétique d'oxyde de fer, et l'a lié à un peptide de 13 acides aminés conçu pour se lier spécifiquement à cTnI. Le peptide se fixe sur cTnI dans un échantillon de sang, et les nanoparticules peuvent être collectées ensemble à l'aide d'un aimant. Les nanoparticules et les peptides sont facilement fabriqués en laboratoire, les rendant bon marché et cohérents.

En utilisant les nanoparticules, les chercheurs ont réussi à enrichir efficacement le cTnI dans des échantillons de tissu cardiaque humain et de sang. Ensuite, ils ont utilisé la spectrométrie de masse avancée, qui permet de distinguer différentes protéines par leur masse, pour non seulement obtenir une mesure précise de cTnI, mais aussi d'évaluer les différentes formes modifiées de la protéine.

Comme beaucoup de protéines, Le cTnI peut être modifié par le corps en fonction de facteurs tels qu'une maladie sous-jacente ou des changements dans l'environnement. Dans le cas du cTnI, le corps ajoute divers nombres de groupes phosphate, petites étiquettes moléculaires qui pourraient changer la fonction de cTnI. Ces variations sont subtiles et difficiles à suivre.

"Mais avec la spectrométrie de masse à haute résolution, nous pouvons maintenant « voir » ces détails moléculaires des protéines, comme l'iceberg caché sous la surface, " dit Gé.

Tiambeng et Roberts ont décidé de tester s'ils pouvaient distinguer les différentes formes de cTnI qui peuvent être trouvées dans les échantillons de sang des patients. Ils ont ajouté au sérum sanguin des protéines de cœur de donneur qui étaient normales, malade, ou d'un donneur décédé. Ensuite, ils ont utilisé leurs nanoparticules pour capturer le cTnI et ont mesuré la protéine par spectrométrie de masse.

Comme espéré, les scientifiques ont pu observer des schémas clairement différents dans les types de cTnI répandus dans chaque type de tissu cardiaque. Les cœurs sains avaient tendance à avoir beaucoup de cTnI avec plusieurs groupes phosphate attachés, par exemple, tandis que les cœurs malades avaient du cTnI qui avait moins de phosphate et le cœur post-mortem avait du cTnI brisé en morceaux.

Bien qu'il s'agisse encore d'une étude de validation de principe et que des recherches supplémentaires seront nécessaires, c'est cette capacité à associer un modèle de variations du cTnI à la santé cardiaque que les chercheurs espèrent pouvoir un jour produire un nouvel outil de diagnostic pour aider lorsque les patients viennent à l'hôpital avec une suspicion de maladie cardiaque. Les chercheurs ont déposé une demande de brevet sur la nouvelle technologie par le biais de la Wisconsin Alumni Research Foundation.

"Nous aimons penser qu'un futur test sanguin basé sur notre travail ici pourrait être complémentaire au test ELISA actuel, " dit Jin. " Dans le futur, lorsque ELISA montre un niveau élevé de cTnI, votre médecin peut vous prescrire un test de nanoprotéomique complet pour déterminer s'il est causé par une maladie cardiaque ou non, et identifier différents types de maladies cardiaques, pour un traitement plus précis tout en évitant des soins et des dépenses inutiles pour les patients".