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科学家利用纳米技术来检测骨关节炎的分子生物标志物

发表于 2018-03-13

威克森林浸信会医疗中心的科学家第一次能够使用新开发的技术测量骨关节炎和许多其他炎性疾病的特定分子。


该临床前研究使用固态纳米孔传感器作为分析透明质酸(HA)的工具。


HA是一种天然存在的分子,参与组织水化,炎症和体内关节润滑。HA在生物体液中的丰度和大小分布被认为是炎症的指标,导致骨关节炎和其他慢性炎症性疾病。它也可以作为疾病进展程度的指标。


“我们的研究结果为评估一种重要的分子生物标志物建立了一种新的定量方法,它弥合了传统技术中的一个缺陷,”主要作者,亚马逊霍尔博士,维克森林学校生物医学工程助理教授医学,维克森林浸信会的一部分。


“这种方法的灵敏度,速度和小样本要求使其成为与当前评估技术相比具有明显优势的强大分析工具的基础,因而颇具吸引力。”


霍尔说,使用最广泛的方法是凝胶电泳,这种方法速度慢,杂乱,半定量,并且需要大量起始材料。其他技术包括质谱法和体积排阻色谱法,其价格昂贵并且范围有限,以及多角度光散射,这是非定量的并且精度有限。


该研究发表在当前的Nature Communications杂志上,由Wake Forest Baptist的Hall和Elaheh Rahbar博士领导,并与康奈尔大学和俄克拉荷马大学的科学家合作进行。


在这项研究中,Hall,Rahbar及其团队首先采用合成HA聚合物来验证测量方法。然后他们使用该平台来确定从骨关节炎马模型的滑液中提取的低至10毫微克(十亿分之一克)HA的尺寸分布。


测量方法包括一个微芯片,其中有一个孔或孔,其宽度只有几纳米,比人的头发小约5,000倍。这足够小,只有单个分子可以通过开口,并且可以检测和分析每个分子。通过将这种方法应用于HA分子,研究人员能够逐个确定它们的大小。霍尔说,HA的大小分布随着时间的推移在骨关节炎中发生变化,所以这种技术可以帮助更好地评估疾病进展。


“通过使用微创手术来提取少量液体(在本例中为膝关节滑液),我们可能能够识别疾病或确定其进展程度,这对医生来说是非常有价值的信息适当的治疗,”他说。


Hall,Rahbar和他们的团队希望在人类中进行下一步研究,然后将这项技术扩展到HA和类似分子发挥作用的其他疾病,包括创伤性损伤和癌症。

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