As proteínas tau e tubulina são uma das principais causas de muitas doenças neurodegenerativas, como Alzheimer e Parkinson. A maior parte da progressão de doenças neurodegenerativas está relacionada à agregação dessas proteínas no cérebro.
Inspirada por um de seus alunos de doutorado que queria explorar as proteínas tau e tubulina, Jiali Li, professora de física da Universidade de Arkansas, e seu grupo criaram um dispositivo especial de detecção baseado em nanoporos de nitreto de silício.
No Jornal de Física Aplicada, da AIP Publishing, Acharjee et al. apresentam o dispositivo, que é projetado para fornecer informações de volume sobre moléculas de proteína tau e tubulina e seus estados de agregação no nível de molécula única em seu ambiente nativo.
Para criar o sensor, a equipe explorou como as proteínas alteram a corrente e a voltagem que flui através de um sistema de nanoporos.
“A Lei de Ohm é a física básica que permite que o dispositivo de nanoporos detecte moléculas de proteína”, disse Li. “Um pequeno orifício – de 6 a 30 nanômetros – é feito em uma fina membrana de nitreto de silício e sustentado por um substrato de silício. Quando isso é colocado em uma solução com íons de sal, a aplicação de uma tensão elétrica impulsiona o fluxo de íons através buraco, ou nanoporo. Isso, por sua vez, gera uma corrente iônica de poro aberto.”
Quando uma molécula de proteína carregada – muitas vezes milhares de vezes maior que os íons – está perto do nanoporo, ela também é conduzida para o nanoporo e bloqueia o fluxo de alguns íons. Isso faz com que a corrente de poro aberto caia.
“A quantidade de queda de corrente produzida por uma molécula de proteína é proporcional ao volume ou tamanho e forma da proteína”, disse Li. “Isso implica que, se a proteína A se ligar à proteína B, elas causarão uma queda de corrente proporcional ao volume de A + B, e uma proteína A agregada causará aproximadamente várias quantidades de queda de corrente”.
Isso permite que Li e seu grupo observem a ligação e agregação de proteínas dentro de um dispositivo de nanoporos. A quantidade de tempo que uma proteína permanece em um nanoporo é inversamente proporcional à sua carga, o que também fornece informações úteis sobre uma molécula de proteína.
“Nosso estudo mostra que um dispositivo de nanoporos de nitreto de silício pode medir informações de volume de moléculas de proteína tau e tubulina e sua agregação sob diferentes condições biológicas, e isso nos dá uma melhor compreensão do processo de agregação de proteínas, bem como o desenvolvimento de drogas ou outros métodos terapêuticos. para tratar doenças neurodegenerativas”, disse Li.
Usando seu dispositivo de nanoporos de estado sólido, juntamente com outras ferramentas de nanotecnologia, “planejamos estudar sistematicamente o mecanismo de agregação de proteínas sob diferentes condições biológicas, como temperatura, pH e concentração de sal”, disse ela.
Com informações de Science Daily.