Znajdź zawartość

Naukowcy z University of Arizona otrzymali patent na technologię, która może całkowicie zmienić sposób produkcji układów elektronicznych. Bioinżynierowie z College of Engineering opatentowali bowiem obwody zbudowane z miedzi izolowanej proteinami. Uczeni stworzyli proteinowe mikrotubule o wewnętrznej średnicy 15, a średnicy zewnętrznej 25 nanometrów. Można je hodować tak, by osiągnęły długość kilkunastu mikrometrów. Główną częścią uzyskanego patentu jest proces umieszczania miedzi wewnątrz proteinowych mikrotubuli. W naturze mikrotubule stanowią cytoszkielet komórek, podczas podziału komórki tworzą wrzeciono kariokinetyczne, odpowiedzialne za rozdzielanie chromosomów. Mikrotubule powstają z białka zwanego tubuliną. Profesor Pierre Deymier i jego zespół nanieśli jeden z rodzajów tubuliny - gamma tubulinę - na podłoże w miejscach łączenia, a szlaki, którymi miało przebiegać okablowanie oznaczyli peptydami. Rozpoczął się wzrost mikrotubuli, z których jedne przyczepiły się do podłoża, a inne nie. Gdy już wszystko było gotowe, zmieniono skład roztworu, w którym przebiegał proces, co pozwoliło oczyścić podłoże z nieprzyczepionych mikrotubuli. Następnie całość zanurzono w roztworze soli miedzi. Kluczem do sukcesu jest spowodowanie, by miedź wytrąciła się wewnątrz mikrotubuli szybciej niż na zewnątrz - mówi Deymier. Było to możliwe dzięki histydynie, aminokwasowi wykazującemu silne powinowactwo do miedzi, który w naturalny sposób powstaje w mikrotubulach. Odpowiednio dobierając czas trwania kąpieli w solach miedzi można uzyskać miedziane kable izolowane proteinami. Niezwykle istotnym etapem produkcji tego typu obwodów było opracowanie takiej metody osadzania protein na podłożu, podczas której nie dochodzi do uszkodzenia struktury mikrotubuli ani zmiany sposobu ich funkcjonowania. Metoda taka została stworzona przez profesora Srini Rahavana. Teraz uczeni z Arizony chcą dostosować swój pomysł do współczesnych procesów technologicznych wykorzystywanych w produkcji elektroniki.

Łącząc nanocząsteczki krzemu z genetycznie zmodyfikowanymi proteinami uzyskanymi z topoli można znacząco zwiększyć gęstość upakowania danych w kościach pamięci. Nowa technika została opracowana przez profesora Danny'ego Poratha i Izhara Medalsy'ego z Instytutu Chemii Uniwersytetu Hebrajskiego w Jerozolimie. Zmodyfikowana proteina ma kształt pierścienia, a nanocząsteczki krzemu są dołączane do jego zewnętrznego pora. Takie hybrydy można łączyć w rozległe, gęsto upakowane macierze i tworzyć z nich układy pamięci. Porah i Medalsy wykazali już, że taka konstrukcja jest stabilna i nadaje się do przechowywania danych. Zapewniają, że w ten sposób można łatwo i tanio zmniejszać kości pamięci.

Badanie protein w próbce krwi to jedna z metod, które pozwalają określić ryzyko zachorowania na nowotwory oraz monitorować stan zdrowia osób cierpiących na chroniczne choroby. Obecnie stosowane metody takich badań są drogie, długotrwałe i wymagają sporej ilości krwi. Proteiny osocza dają nam możliwość przyjrzenia się biologii choroby - mówi profesor Paul Mischel, patolog na Uniwersytecie Kalifornijskim w Los Angeles. Problem w tym, że zbadanie jednej tylko proteiny kosztuje około 500 dolarów, wymaga pobrania 10-15 mililitrów krwi i licznych wizyt u lekarza. Stąd też olbrzymia nadzieja pokładana w nowym układzie scalonym, który w ciągu 10 minut z jednej tylko kropli krwi pozwala uzyskać informacje, do otrzymania których potrzebna jest obecnie wielogodzinna praca przeszkolonego technika. Nowy chip został opracowany przez profesora chemii Jamesa Heatha z Caltechu oraz Leroya Hooda, prezesa i założyciela Instytutu Biologii Systemów. Obaj panowie powołali firmę Integrated Diagnostics, która ma zająć się komercjalizacją wspomnianego układu scalonego. Kość działa dzięki umieszczeniu na niej kropli krwi, która, po przyłożeniu zewnętrznego źródła ciśnienia, jest tłoczona do miniaturowego kanału. Ten z kolei rozgałęzia się na jeszcze węższe kanaliki, które nie przepuszczają czerwonych ciałek krwi i oddzielają od nich bogate w białka osocze. Te węższe kanaliki wyłożone są "kodem kreskowym" stworzonym z DNA przyczepionego do przeciwciał. Każda z części "kodu kreskowego" odpowiada za przechwycenie konkretnych protein. Gdy już cała krew zostanie przeciśnięta przez kanaliki, wystarczy odczytać "kod kreskowy" za pomocą mikroskopu fluorescencyjnego lub skanera pozwalającego na analizę sekwencji DNA. Identyfikacja protein jest możliwa dzięki badaniu położenia czerwonych linii "kodu kreskowego" względem zielonych linii referencyjnych. Z kolei zmierzenie światła emitowanego przez poszczególne białka pozwala na określenie ich koncentracji we krwi. Heath i Hood zapewniają, że ich układ jest tak dokładny jak standardowe testy i pozwala na badania koncentracji dowolnych białek. Wystarczy po prostu wyposażyć go w odpowiednie przeciwciała. Co więcej, twórcy chipa skupili się na tym, by był on w stanie identyfikować białka specyficzne dla poszczególnych organów. Obecnie przy użyciu spektrometrii masowej identyfikują białka z wątroby i mózgu. Ponadto prowadzone testy kliniczne wykazały, że nowa technologia umożliwia badanie krwi nawet kilkunastokrotnie w ciągu dnia. Dzięki temu naukowcy dowiadują się, w jaki sposób dieta i różne rodzaje aktywności fizycznej wpływają na koncentrację białek we krwi. Emil Kartalov, patolog z Kack School of Medicine na University of Southern California, uważa, że prace Hooda i Heatha przyniosą olbrzymie korzyści dla pacjentów. Zauważa przy tym, że podobne technologie dopiero wówczas zrewolucjonizują diagnostykę, gdy uda się zrezygnować w badaniach z mikroskopów fluorescencyjnych. To duże i drogi urządzenia, więc nie można ich wykorzystywać w dowolnym miejscu. Zdaniem Kartalova, w przyszłości podobne techniki będą mierzyły nie światło, ale napięcie elektryczne w białkach. Taki pomiar jest bowiem znacznie bardziej prosty.

To wielki przełom - tak Robert Singer, biolog z Albert Einstein Medical School w Nowym Jorku skomentował prace naukowców z firmy PTC Therapeutics. Opracowali oni bowiem lekarstwo, które powoduje, że zmutowane DNA produkuje prawidłowo zbudowane białka. Obecnie produkowane lekarstwa zmieniają aktywność takich protein, tak więc mamy tutaj do czynienia z nowatorskim rozwiązaniem problemu nieprawidłowej pracy DNA. Już w tej chwili wiadomo, że lek może przydać się przy leczeniu mukowiscydozy i niektórych rodzajów dystrofii mięśni. Mutacje genów są spotykane w licznych chorobach, stąd też wymuszenie na DNA produkcji prawidłowych białek może pomóc w terapii setek schorzeń. W początkowej fazie badań PTC skupiło się na dwóch chorobach - dystrofii mięśniowej Duchenne'a (DMD) i mukowiscydozie. Pierwsza z nich występuje rocznie u około 20 000 noworodków płci męskiej. Około 15% jej przypadków jest wywołana przedwczesnym występowaniem genetycznego sygnału zatrzymującego syntezę RNA. Cząsteczka białka powstająca w wyniku takiego procesu jest przeważnie niefunkcjonalna. Z kolei na mukowiscydozę zapada corocznie około 70 000 osób. Dotychczas nie istnieje żadne lekarstwo na DMD, a leki używane przy mukowiscydozie leczą objawy, a nie chorobę. Wstępne kliniczne testy leczenia obu chorób dały, jak mówi Brenda Wang z Cincinnati Children's Hospital Medical Center, niezwykle zachęcające wyniki. Biopsje przeprowadzone u pacjentów z DMD wykazały, że po podaniu leku u 50% małych pacjentów doszło do wytworzenia prawidłowych kopii dystrofiny, białka zapewniającego siłę mięśni. W DMD, wskutek wspomnianej wyżej mutacji genu, dystrofina w ogóle nie jest obecna w mięśniach. Z kolei pacjentom z mukowiscydozą brakuje białka CFTR, które jest odpowiedzialne za transport jonów chlorkowych przez błonę komórkową. Uczeni zauważyli, że gdy chorym podano nowy lek, prawidłowe kopie CFTR były produkowane w nabłonku nosa, który jest bardzo podobny do nabłonka płucnego. Ponadto lekarstwo aż o 30% zredukowało napady kaszlu. Dla pacjentów to olbrzymia ulga, gdyż chorzy z mukowiscydozą kaszlą średnio 600-1500 razy na dobę. PTC rozpoczęło właśnie zakrojone na szerszą skalę badania, którymi objęto 175 pacjentów z DMD w USA, Europie, Australii i Izraelu. W przyszłym roku podobnemu studium zostaną poddani chorzy na mukowiscydozę. Badania potrwają co najmniej rok i pozwolą stwierdzić, czy nowe lekarstwo poprawia stan pacjentów. W dotychczasowych testach skupiono się bowiem tylko na sprawdzeniu, czy doszło do wyprodukowania prawidłowych białek kodowanych przez zmutowane geny. Uczeni dowiedzą się również, czy lekarstwo jest na pewno bezpieczne. Jako że w przypadku DMD lek powoduje pominięcie przedwcześnie pojawiającego się w genie znaku stop, lekarze obawiają się, iż może dojść do pominięcia prawidłowo umiejscowionego znaku i powstanie zbyt długa proteina. Stuart Peltz, szef PTC, informuje, że w badaniach na zwierzętach lekarstwo dało obiecujące wyniki również w przypadku takich chorób jak zespół Retta, hemofilia czy guzy z mutacjami w tzw. genach supresorowych. Jego firma ma zamiar rozpocząć pierwsze testy z chorymi na hemofilię. Dodatkową zaletą nowego leku jest fakt, iż przyjmuje go się doustnie.

Nowotwór płuc to największy zabójca wśród nowotworów. Jedną z głównych przyczyn tego stanu rzeczy jest fakt, że we wczesnych stadiach przebiega on niemal bezobjawowo, generalnie wykrywany jest więc późno. Amerykańska firma Panacea Pharmaceuticals poinformowała właśnie, że znalazła sposób na wykrywanie tego typu nowotworu w bardzo wczesnych stadiach. Okazuje się, że w krwi 99% chorych występuje pewne białko, którego próżno szukać u zdrowych. Proteiny tej jest na tyle dużo, iż można ją wykrywać. Panacea Pharmaceuticals opracowało już odpowiednie testy i dały one bardzo obiecujące rezultaty. David Carbone, dyrektor Centrum Badań nad Nowotworami Uniwersytetu Vanderbilta zauważa, iż rak płuc to jedyny nowotwór, dla którego nie istnieją dopuszczone na rynek testy. Tymczasem wiadomo, że w przypadku palaczy i byłych palaczy ryzyko zachorowania jest od 10 do 50 razy większe, niż wśród osób zdrowych. Brak testu powoduje, iż w grupach ryzyka nie można wcześnie wykrywać choroby. Stosuje się co prawda tomografię komputerową do badania pacjentów nie wykazujących żadnych objawów, ale w wielu przypadkach badanie daje nieprawdziwe pozytywne wyniki co oznacza, że zdrowe osoby poddawane są biopsji i innym ryzykownym procedurom. Z tego powodu, jak mówi Carbone, aż 20% osób, którym usunięto część płuca z powodu podejrzenia nowotworu, w rzeczywistości nie chorowało. To pokazuje, jak bardzo potrzebne są wiarygodne testy, które pozwolą zweryfikować wyniki innych badań. Mark Semenuk, główny naukowiec Panacea Pharmaceuticals informuje, że we krwi chorych występuje proteina HAAH. Jest ona wykrywalna już na najwcześniejszym etapie rozwoju nowotworu, a można tego dokonać za pomocą obecnie stosowanych technik. HAAH jako biomarkerem nowotworu jako pierwszy zainteresował się Jack Wands, dyrektor Live Research Center w Brown Medical School, który jest konsultantem w Panacea. Bada on tę proteinę od sześciu lat. HAAH jest produkowana przez zdrowe komórki ludzkiego ciała i nie trafia do krwi. Jednak komórki nowotworowe niosą HAAH na swojej powierzchni i uwalniają ją do krwi. Wands odkrył, że HAAH zwiększa mobilność komórek, pozwalając nowotworowi na rozprzestrzenianie się. HAAH, jak stwierdził Wand, odgrywa podobną rolę w rozwoju raka mózgu, nerek, prostaty i przewodu pokarmowego. Naukowiec uważa, że osoby, w których krwi odkryte zostanie HAAH powinny być poddane dalszym badaniom na obecność nowotworu. Panacea Pharmaceuticals pracuje też nad lekarstwem, które zwalcza HAAH. Już w tej chwili firma posiada licencję na przeciwciało, które powoduje, iż system odpornościowy zaczyna zwalczać komórki nowotworowe z HAAH. Wstępne badania na myszach chorujących na nowotwory, podczas których wydzielana jest proteina, dały dobre wyniki. Obecnie trwają poszukiwania ochotników do testów klinicznych. Metoda opracowana przez Panacea wydaje się szczególnie obiecująca w przypadku tych nowotworów, których leczenie jest wyjątkowo trudne.