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Mejores imágenes de proteínas
Los investigadores del MIT han aumentado significativamente la sensibilidad de la espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN), una técnica analítica que puede proporcionar imágenes detalladas de las estructuras de moléculas complejas como las proteínas. La RMN mejorada podría ayudar a las empresas farmacéuticas a examinar rápidamente las bibliotecas de posibles terapias. También podría usarse algún día para evaluar a los pacientes en busca de proteínas anormales, como las que se acumulan en el cerebro como resultado de la enfermedad de Alzheimer y Huntington.
Sonda de proteínas: Esta sonda de RMN, que es más pequeña que una tarjeta de crédito, aumenta en gran medida la sensibilidad de la técnica analítica. La sonda usa una pieza de cobre simple y barata similar a la antena de un teléfono celular.
Hasta ahora, el uso de la RMN ha sido limitado porque la técnica es costosa y requiere mucho tiempo, y requiere que los investigadores recolecten muestras relativamente grandes de la molécula que les gustaría estudiar. El método MIT, que se basa en un nuevo tipo de sonda magnética, podría reducir el tiempo que lleva realizar estas pruebas en un factor de 100, estima Arnold Schwartz, exdirector de investigación y desarrollo en Variante , un fabricante de máquinas de RMN con sede en Palo Alto, CA. Este es un enfoque muy novedoso en comparación con los adoptados durante los últimos 30 años, dice Schwartz.
La espectroscopia de RMN proporciona a los investigadores información sobre la composición química y la estructura tridimensional de las moléculas. La RMN le permite realizar mediciones entre átomos y averiguar la estructura de una molécula, dice Yael Maguire , quien desarrolló la nueva sonda de RMN para su trabajo de tesis en el Media Lab del MIT y presentó el trabajo esta semana en el Simposio Europeo de la Sociedad de Proteínas en Zurich, Suiza.
Una herramienta para determinar la estructura química de las proteínas tiene una gran relevancia clínica potencial, dice Shuguang Zhang , director asociado del Centro de Ingeniería Biomédica del MIT. La actividad de los fármacos proteicos, por ejemplo, depende de la forma de las proteínas. Y se cree que la acumulación de proteínas deformadas en el cerebro es la causa de enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer. La cristalografía de rayos X puede proporcionar información estructural similar a la que proporciona la espectrometría de RMN, pero hacer que una proteína cristalice puede llevar años de esfuerzo, dice Maguire, y no todas las proteínas cristalizarán.
Debido a que las señales de radiofrecuencia en las que se basa la espectroscopia de RMN son muy débiles, se necesitan muestras grandes para realizar experimentos. Los instrumentos también requieren imanes grandes y potentes, que contribuyen a su tamaño y costo. Por tanto, los bioquímicos han tenido un acceso limitado a las máquinas. Maguire y sus colaboradores, que incluyen a Zhang y Neil Gershenfeld del Centro de Bits y Átomos del MIT, quieren que la RMN esté más disponible. Soñamos con convertirla en una máquina de sobremesa en todos los laboratorios y hospitales, dice Maguire.
La RMN tradicional utiliza bobinas para detectar las señales de radiofrecuencia producidas por algunos átomos, incluidos el hidrógeno y el carbono, cuando se exponen a un campo magnético. Pero la forma compleja de las bobinas dificulta su miniaturización adicional. Por el contrario, los investigadores del MIT fabricaron una sonda de RMN de alta sensibilidad a partir de una tira plana de cobre similar a las antenas de las computadoras portátiles y los teléfonos celulares. Es simple de fabricar, dice Maguire. Las mismas empresas que fabrican antenas pueden hacerlo. Un corte rápido con un láser crea un pequeño orificio por el que puede fluir un campo magnético.
Hasta ahora, los investigadores del MIT han utilizado la sonda para confirmar estructuras conocidas. En las pruebas de una proteína llamada ribonucleasa, pudieron usar 3.000 veces menos del compuesto de lo que normalmente se requiere para realizar una espectroscopía de RMN; en las pruebas de sacarosa, utilizaron 10.000 veces menos.
Zhang espera que el sistema de RMN más sensible sea adoptado primero por biólogos estructurales y luego por la comunidad médica. A medida que más y más personas en otros campos, incluidas la ciencia médica y las clínicas, se vuelvan más conscientes del poder y la sensibilidad de la RMN para el diagnóstico de enfermedades de conformación de proteínas, inevitablemente la usarán, dice.
Maguire ahora espera integrar imanes más pequeños con los espectrómetros para que realmente quepan en las mesas. También espera integrar múltiples sondas de RMN con chips de microfluidos para futuras pruebas clínicas que busquen múltiples biomarcadores (como proteínas mal plegadas) en la sangre o el líquido cefalorraquídeo de un paciente.