Новый метод позволяет получать массу информации из наноразмерных образцов костной ткани
Исследователи из Политехнического института Ренсселера разработали новый метод, позволяющий собирать большой объём биохимической информации из наноразмерных образцов костной ткани.
Эта инновация не только даёт важные новые данные для борьбы с остеопорозом, но и открывает совершенно новый протеомный подход к анализу качества кости. Он также может помочь в археологических и судебно-медицинских исследованиях человеческих скелетов.
«Мы можем брать очень маленькие, наноразмерные образцы кости и определять их белковые сигнатуры», — сказал Дипак Вашишт, руководитель исследования. «Это относительно быстрый и простой способ определить историю кости — как и когда она образовалась, — а также её качество и вероятность перелома».
Результаты исследования «Биохимическая характеристика основных белков костного матрикса с использованием наноразмерных образцов кости и методологии протеомики» были опубликованы онлайн в конце мая в журнале Molecular & Cellular Proteomics.
Исследование, финансируемое Национальными институтами здравоохранения США (NIH), проводилось в лабораториях Центра биотехнологий и междисциплинарных исследований Ренсселера.
Кости в основном состоят из минералов, а оставшаяся часть — из органического материала. Подавляющее большинство органического материала — это коллаген. Оставшийся неколлагеновый органический материал представляет собой смесь других белков, образующих взаимосвязанный матрикс. Качество этого матрикса сильно варьируется в зависимости от возраста, питания и болезней.
В этом исследовании они объединили лазерную захватную микроскопию с несколькими другими методами, создав совершенно новый способ анализа костного матрикса. Анализ даёт данные о концентрации различных белков в костном матриксе, что, в свою очередь, приводит к ключевой информации о кости: когда она образовалась, как была модифицирована и насколько склонна к перелому.
Вашишт отметил, что это важный шаг к дополнению современных методов диагностики остеопороза, которые измеряют потерю костной массы и её количество, новыми, минимально инвазивными протеомными методами оценки качества кости.
Молодая область протеомики, изучающая структуру и функцию белков, созрела для инноваций. Термин «протеомика» перекликается со словом «геномика».
«Это новая область, потому что перелом кости всегда рассматривался с точки зрения кальция, минералов, и все современные методы лечения остеопороза нацелены на это. При остеопорозе белкам кости уделялось очень мало внимания. Вот почему мы очень рады нашему новому протеомному методу, который позволяет прочитать белковую сигнатуру кости и оценить её качество. Я думаю, это открывает новые возможности для изучения и лечения остеопороза».
Как и все ткани в организме человека, кости со временем регенерируют. Однако кости регенерируют гораздо медленнее, и скелету требуется около 10 лет, чтобы постепенно заменить себя новой тканью. Разные части кости регенерируют с разной скоростью, а это значит, что одни области кости могут быть старше и более подвержены переломам, а другие области той же кости — новее и прочнее. Более старые и молодые части кости имеют разные белковые сигнатуры и по-разному реагируют на лечение. Новый метод — это простой способ помочь различить участки кости разного возраста, определить их качество и спрогнозировать их подверженность переломам.
Наконец, помимо продвижения зарождающейся области костной протеомики и открытия новых возможностей для изучения и лечения остеопороза, результаты Вашишта могут оказаться полезными для исследователей в других областях, связанных с костями. Судебная медицина, биология, антропология, археология и другие области, где образцы костей действительно редки, малы и ценны, могли бы с пользой анализировать белковые сигнатуры костей с минимальным повреждением образца. Эта информация о белковой сигнатуре может дать новое представление о том, как формировались кости, а также о питании и диете этих людей.