Несмотря на завершение в ДНК генома человека, значительный прогресс не был достигнут в идентификации биомаркеров, прогнозирования ранних стадиях заболевания, или, что коррелирует с терапевтического результата, или прогноза 1. Одной из причин такого отсутствия прогресса в том, что многие потенциально значительные биомаркеры существуют в концентрации ниже предела обнаружения обычной масс-спектрометрии и других платформ поиска биомаркеров. Масс-спектрометрия (МС) и множественный Мониторинг реакции (МРМ) имеют чувствительность обнаружения обычно больше, чем 50 нг / мл, а большинство анализируемых веществ измеряется с помощью иммуноанализа в клинической лаборатории падения в пределах от 50 пг / мл и 10 нг / мл . Это означает, что многие биомаркеры, особенно в начальной стадии болезни, не могут быть обнаружены с помощью обычного МС и MRM 2. Кроме того наличие высокого обилия белков, таких как альбумин и иммуноглобулин в сложных биологических жидкостей часто маскируют путем млрд раза отлESS низкой численности, низкомолекулярные белки и пептиды 3, 4. По этой причине несколько образцов подготовительные шаги необходимо перед масс-спектрометрии секвенирования и идентификации. Одним из таких подготовительным шагом использует истощение высокого обилия белков с коммерчески доступных истощения столбцов 5-8. К сожалению, этот шаг приводит к снижению выхода кандидатов биомаркеров, потому что они часто не ковалентно связаны с белками-носителями, которые удаляются. Еще одна проблема представлена стабильности кандидатов биомаркеров экс-Vivo после того, как образцы собираются. Белки подвержены деградации эндогенных или экзогенных протеаз 9. Гидрогелевые наночастицы могут преодолеть эти критические проблемы путем амплификации предполагаемого концентрацию биомаркеров до уровня в интервале анализа, при одновременной защите от деградации белка 10-13.
Важно отметить йна LMW белков в крови представляют собой смесь мелких интактных белков, а также фрагменты больших белков. Тканевые происхождения белки больше, чем 60 кДа слишком велики, чтобы пассивно проникать в кровеносную систему через базальную мембрану сосудов, но они могут быть представлены в кровь в виде пептидов или белковых фрагментов 14. Наша цель заключается в измерении новых циркулирующих биомаркеров, которые могут быть кандидатами для раннего выявления заболевания, стратификации пациентов для терапии, и мониторинга ответа на терапию. Наши наночастицы создаются, чтобы выборочно исключить высокое содержание иммуноглобулины и альбумин, в то же время захвата меньшие белки и пептиды, и их концентрации до 100-кратного в зависимости от исходного объема.
Наша группа определила набор небольших органических красителей, которые могут успешно действовать как высокоаффинные молекулярные приманки для белков и пептидов. Белок-краситель связывания, как полагают, обусловлено сочетанием гидрофобных и электростатическим взаимодействиемс. Ароматические кольца на красителе чередовать с белками через гидрофобных карманов на поверхности белка 11.
Приманки, в зависимости от их химии, показывают особое сродство для выбранных классов веществ. Приманки конкурировать с белками-носителями, такими как альбумин, для белков или пептидов. В низкомолекулярные белки / пептиды в ловушку частицы. С высокой молекулярной массой белки, такие как альбумин и иммуноглобулина предотвратить попадание частицы в связи с возможностью просеивания в связи с ограничительной поры гидрогеля 11 (рисунок 1).
Гидрогелевые наночастицы синтезируют полимеризацией, инициированной осадков персульфата аммония 11. N-изопропилакриламид (NIPAm), со-мономеров акриловой кислоты (AAC) и аллиламина (АА) и сшивающего агента N, N'-метиленбисакриламид (BIS) подвергают взаимодействию при 70 ° С в течение 6 ч в разбавленных условиях 11, 13. Связывание с высоким содержанием белка сродство поли (N-изопропилакриламид-CO-акриловой кислоты) (поли (NIPAm-CO-AAC) nanoparticlesis достигнуто путем ковалентного включающий аминокислоты, содержащие красители (т.е.., Sulfonatedanthraquinonetriazine красители) в наночастицах с помощью амидирование реакцию проводят в водных или органических растворителей в зависимости от гидрофильных / гидрофобных характеристик красителей 11, 13. нуклеофильного замещения аминогрупп в наночастицы с атомом хлорида из anthraquinonetriazine красителя используется для создания красителей, содержащих поли (NIPAm оо-Аллиламин) (AA) наночастиц 11, 12. процесс двухступенчатый полимеризации используется для создания гидрогеля наночастицы, содержащие внешнюю оболочку винилсульфокислота (VSA) 11, 13.
Гидрогелевые наночастицы могут быть применены в различных биологических жидкостей, в том числе цельной крови, плазмы, сыворотки, цереброспинальной жидкости, пота, мочи и. В один шаг, в растворе, нanoparticles выполнить быстрое (в течение минут) улавливание и концентрации с низкой молекулярной массой аналиты 10, 11, 13, 15-18. Белки затем элюируют из наночастиц, и обнаружить с помощью Вестерн-блоттинга 19-21, масс-спектрометрии 10, 11, 13, 15, 18, 22, 23, иммунологические / ELISA, 10, 11, 15, 18, или с обращенной фазой белок микрочипов 16, 24 анализы. Наночастицы функционализирован химической приманки, и представления основной или архитектуру ядра оболочки, захват и сосредоточиться белки, основанные на свойствах физико приманки / оболочка. Поэтому различные красители, использовавшиеся для наночастиц будет фиксировать различные подмножества белков с различной эффективностью на основе близости красителя, рН раствора, и наличие / отсутствие конкурирующих высокие-изобилии белки 13. Кроме того, количество наночастиц по отношению к объему раствора влияет на выход белка из наночастиц. Эти аспектыГидрогель заготовки наночастиц продемонстрированы с использованием трех различных приманок наночастиц для уборки белков из образцов плазмы, которые содержат большое количество белка, и от образцов мочи, которые обычно не содержат большое количество белка. В этом протоколе мы продемонстрировать сбор и концентрации фактора некроза опухолей альфа (ФНО) из образцов плазмы с использованием поли (NIPAm-CO-AAC), поли (NIPAm / краситель), и наночастицы core- оболочки (поли (NIPAm-CO-VSA)) . Поли (NIPAm / краситель) наночастицы показано сосредоточиться Mycobacterium видовой антиген, который был добавлен в образцах мочи человека, чтобы имитировать микобактерий туберкулеза инфицированных людей.