Immagine: Credit:Università del Colorado Boulder.
L’anemia falciforme, richiede tradizionalmente un’intera giornata, un noioso lavoro di laboratorio e costose apparecchiature per la diagnosi, ma i ricercatori dell’Università del Colorado Boulder e dell’Università del Colorado Anschutz hanno sviluppato un modo per diagnosticare questa condizione con maggiore sensibilità e precisione in un solo minuto.
La loro tecnologia è più piccola di un quarto e richiede solo una piccola goccia di sangue per valutare le interazioni, le disfunzioni o le mutazioni delle proteine.
Xiaoyun Ding, assistente Prof. del Dipartimento di Ingegneria Meccanica Paul M. Rady e il Professore Associato Michael Stowell del Dipartimento di Biologia Molecolare, Cellulare e dello Sviluppo presso CU Boulder, insieme al Professore Associato Angelo D’Alessandro dei Dipartimenti di Biochimica e Genetica Molecolare e Medicine, Division of Hematology presso CU Anschutz, è coautore di un articolo sulla tecnologia, ora presentato come copertina di Small.
Questo progetto è iniziato quando Ding si è reso conto che una tecnologia sviluppata nel suo laboratorio poteva aumentare la velocità dell’analisi delle proteine. Quando Stowell e D’Alessandro sono stati coinvolti, sono emerse nuove applicazioni, inclusa la diagnosi della malattia.
“In Africa, l’anemia falciforme è la causa di morte nel 5% dei bambini sotto i 5 anni per mancanza di diagnosi precoce”, ha detto D’Alessandro. “Questa malattia genetica comune e pericolosa per la vita è più diffusa nelle regioni povere del mondo dove lo screening e la diagnosi neonatale sono rari”.
L’anemia falciforme colpisce l’emoglobina, la molecola dei globuli rossi che fornisce ossigeno alle cellule in tutto il corpo. In alcune aree del mondo in cui la malaria è endemica, si sono evolute varianti dell’emoglobina che possono indurre i globuli rossi ad assumere una forma a mezzaluna o falce.
“Quasi tutte le attività della vita coinvolgono le proteine”, ha detto Ding. “Abbiamo pensato che se potessimo misurare il cambiamento della stabilità termica delle proteine, avremmo potuto rilevare queste malattie che influenzano la stabilità delle proteine”.
Le proteine hanno una solubilità specifica a una temperatura specifica. Quando una si lega a un’ altra o quando la proteina è mutata, la solubilità cambia. Misurando la solubilità a diverse temperature, i ricercatori possono dire se la proteina sta mutando.
Un dispositivo Acousto Thermal Shift Assay completo mostrato accanto a un quarto per il confronto delle dimensioni. Questo minuscolo dispositivo lab-on-a-chip può rilevare il cambiamento della stabilità termica delle proteine per diagnosticare l’anemia falciforme in un minuto.
Prima dei recenti sviluppi, Stowell e il suo gruppo, incluso il ricercatore Kerri Ball, hanno utilizzato Thermal Shift Assays per valutare la stabilità delle proteine in condizioni variabili. Ora, con la nuova tecnologia, un test Acousto Thermal Shift, possono fare lo stesso, ma più velocemente e con maggiore sensibilità.
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L’ATSA utilizza onde sonore ad alta ampiezza o ultrasuoni, per riscaldare un campione di proteine mentre concentra le proteine che non si dissolvono. I componenti del dispositivo includono un canale in cui viene depositato il campione e due elettrodi su ciascun lato per generare l’onda che applica il riscaldamento acustico e la concentrazione.
Sia per un TSA tradizionale che per un ATSA, i campioni vengono raccolti e riscaldati da 40 a 70 gradi Celsius. Il TSA tradizionale misura quanta proteina si è dissolta a punti prestabiliti nel corso dell’aumento della temperatura, mentre l’ATSA misura i dati continuamente, registrando quanta proteina si è dissolta ad ogni frazione di variazione in gradi Celsius.
“Il nostro metodo è da sette a 34 volte più sensibile“, ha detto Ding. “L’ATSA può distinguere la proteina falciforme dalla proteina normale, mentre il metodo tradizionale TSA non può farlo“.
Un altro vantaggio dell’ATSA è la riduzione dei costi in termini di manodopera e attrezzature.
“I metodi tradizionali per la creazione di profili termici richiedono apparecchiature specializzate come calorimetri, macchine per la reazione a catena della polimerasi e lettori di lastre che richiedono almeno una certa esperienza tecnica per funzionare“, ha affermato Ball. “Questi strumenti non sono inoltre portatili e richiedono il trasporto dei campioni agli strumenti per l’analisi”.
Ball ha detto che l’ATSA richiede solo una fonte di alimentazione, un microscopio e una fotocamera semplice come quella del tuo smartphone. Poiché la proteina è concentrata, non è necessario applicare un colorante fluorescente come a volte è necessario per evidenziare i cambiamenti proteici in un TSA tradizionale.
Ding ha riferito che è grazie ai suoi collaboratori, esperti in biochimica ed ematologia, che ora conoscono il pieno impatto della tecnologia.
“Questa tecnica è uno sviluppo entusiasmante, perché rappresenta una nuova e promettente piattaforma point-of-care per uno strumento diagnostico rapido e altamente sensibile dell’anemia falciforme, e forse anche per altre emoglobinopatie come la beta talassemia“, ha detto D’Alessandro.
Fonte:Università del Colorado
