Name: low molecular weight protein enrichment on mesoporous silica thin films for biomarker discovery
Uploaded: 2012-04-17T13:00:00
Duration: 13 min
Description: Watch this Scientific Journal Video about Low Molecular Weight Protein Enrichment on Mesoporous Silica Thin Films for Biomarker Discovery at JoVE.com

Эта работа финансировалась Альянс NanoHealth Предварительно центр Award (W81XWH-11-2-0168) и Техасского Центра рака Наномедицина (1U54CA151668-01).

<ol>
	<li>Wulfkuhle, J. D., Liotta, L. A., Petricoin, E. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Proteomic+applications+for+the+early+detection+of+cancer.">Proteomic applications for the early detection of cancer.</a> Nat. Rev. Cancer. 3, 267-275 (2003).</li><li>Etzioni, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+case+for+early+detection.">The case for early detection.</a> Nat. Rev. Cancer. 3, 243-252 (2003).</li><li>Hanash, S. M., Pitteri, S. J., Faca, V. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mining+the+plasma+proteome+for+cancer+biomarkers.">Mining the plasma proteome for cancer biomarkers.</a> Nature. 452, 571-579 (2008).</li><li>Liotta, L. A., Ferrari, M., Petricoin, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Clinical+proteomics:+written+in+blood.">Clinical proteomics: written in blood.</a> Nature. 425, 905-905 (2003).</li><li>Petricoin, E. F., Belluco, C., Araujo, R. P., Liotta, L. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+blood+peptidome:+a+higher+dimension+of+information+content+for+cancer+biomarker+discovery.">The blood peptidome: a higher dimension of information content for cancer biomarker discovery.</a> Nat. Rev. Cancer. 6, 961-967 (2006).</li><li>Anderson, N. L., Anderson, N. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+human+plasma+proteome:+history,+character,+and+diagnostic+prospects.">The human plasma proteome: history, character, and diagnostic prospects.</a> Mol. Cell Proteomics. 1, 845-867 (2002).</li><li>Gorg, A., Weiss, W., Dunn, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Current+two-dimensional+electrophoresis+technology+for+proteomics.">Current two-dimensional electrophoresis technology for proteomics.</a> Proteomics. 4, 3665-3685 (2004).</li><li>Liu, H., Sadygov, R. G., Yates, J. R., 3rd, . <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+model+for+random+sampling+and+estimation+of+relative+protein+abundance+in+shotgun+proteomics.">A model for random sampling and estimation of relative protein abundance in shotgun proteomics.</a> Anal. Chem. 76, 4193-4201 (2004).</li><li>Rabilloud, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Two-dimensional+gel+electrophoresis+in+proteomics:+old,+old+fashioned,+but+it+still+climbs+up+the+mountains.">Two-dimensional gel electrophoresis in proteomics: old, old fashioned, but it still climbs up the mountains.</a> Proteomics. 2, 3-10 (2002).</li><li>Hu, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tailoring+of+the+nanotexture+of+mesoporous+silica+films+and+their+functionalized+derivatives+for+selectively+harvesting+low+molecular+weight+protein.">Tailoring of the nanotexture of mesoporous silica films and their functionalized derivatives for selectively harvesting low molecular weight protein.</a> ACS Nano. 4, 439-451 (2010).</li><li>Bouamrani, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mesoporous+silica+chips+for+selective+enrichment+and+stabilization+of+low+molecular+weight+proteome.">Mesoporous silica chips for selective enrichment and stabilization of low molecular weight proteome.</a> Proteomics. 10, 496-505 (2010).</li></ol>

Нам нечего раскрывать.

Доказательства растет, что низкомолекулярные области кровообращения протеома является богатым источником диагностических биомаркеров для ранней диагностики заболевания. В этой технологии, мы представили ряд мезопористых чипов кремния с различными размерами пор, пора структуры и изменения выборочно обогащают пептидов и низкомолекулярных белков. Для оценки стабильности белка, MPS чипы инкубировали с человеческой сывороткой, сушат после стирки, и хранить 3wk при комнатной температуре. Белок / пептидных модели были получены сопоставимые с теми, недавно фракционированного сыворотки (рис. 6а), что подтверждается результатами статистического анализа показали на рисунке 6б. Изменчивость пик сигналов измеряется средняя CV оценивается в 12,7% на сырую сыворотке крови и в 14,2% фракционированного образца. Предельные изменения могут быть связаны с внутренней изменчивости прибора MALDI и предположил, что он-чип предварительной обработки и хранения не побуждать какое-либо значительное изменение профилей MS белка. Тот же эксперимент был проведен на не пористого кремния. Сухой сыворотки восстановился после хранения на поверхности кремния фракционировали на MPS чипов перед проведением анализа MALDI. Профиль бедных MS полученные продемонстрировали преимущества стабилизации мезопористых поверхности. По аналогии с ранее предположил механизмов, мы предполагаем, что низкомолекулярные видов в ловушке внутри нанопор были сохранены от разрушения через размеры исключения протеаз, или стерического ингибирования их протеолитической активности в ограниченном пространстве нанопор. Чип MPS на основе метода может стать мощным инструментом в пептида и низкомолекулярные белки профилирования сложных биологических исследований жидкости. MPS чипы недороги в изготовлении и позволяют расширить производство для достижения одновременную обработку большого количества образцов, обеспечивая возможности для выгодных поисковых скрининга и биоМаркер открытие.

<table border="1"><tbody><tr><td> Название реагента </td><td> Компания </td><td> Номер по каталогу </td><td> Комментарии </td></tr><tr><td> Тетраэтоксисилан </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 131903 </td><td> 98% </td></tr><tr><td> Спин для нанесения покрытий </td><td> Brewer Science </td><td> Cee 200X </td><td></td></tr><tr><td> Плазменные Ашер </td><td> Nordson марта </td><td> AP-600 </td><td></td></tr><tr><td> Спектроскопические эллипсометр </td><td> JA Woollam Ко </td><td> M-2000DI </td><td></td></tr><tr><td> MALDI-TOF </td><td> Applied Biosystems </td><td> Voyager-DE-STR </td><td></td></tr><tr><td> α-циано-4-гидроксикоричных кислоты </td><td> Sigma-Aldrich Ко </td><td> C8982 </td><td> Матрица MALDI-TOF </td></tr><tr><td> транс-3 ,5-диметокси-4-гидроксикоричная кислота </td><td> Sigma-Aldrich Ко </td><td> 85429 </td><td> Матрица MALDI-TOF </td></tr><tr><td> Движение плита </td><td> Thermo Scientific </td><td> 11-475-30Q </td><td></td></tr><tr><td> CultureWell камерных покровного стекла </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> GBL103350 </td><td> 3 мм диаметром. × 1 мм в глубину, 3-10 мкл, стерильные </td></tr><tr><td> Pluronic F 127 </td><td> BASF </td><td></td><td> ПЭО 106-ППО 70-ПЭО 106 </td></tr><tr><td> Pluronic L121 </td><td> BASF </td><td></td><td> ПЭО 5-ППО 70-ПЭО 5 </td></tr><tr><td> Pluronic P123 </td><td> BASF </td><td></td><td> ПЭО 20-ППО-ПЭО 70 20 </td></tr></tbody></table> Таблица 1. Физико-химические свойства и предназначен концентрации (молекулярный вес и Iso-Электрическая точка) выбран пептидных и белковых стандартов.

low molecular weight protein enrichment on mesoporous silica thin films for biomarker discovery

The identification of circulating biomarkers holds great potential for non invasive approaches in early diagnosis and prognosis, as well as for the monitoring of therapeutic efficiency.1-3 The circulating low molecular weight proteome (LMWP) composed of small proteins shed from tissues and cells or peptide fragments derived from the proteolytic degradation of larger proteins, has been associated with the pathological condition in patients and likely reflects the state of disease.4,5 Despite these potential clinical applications, the use of Mass Spectrometry (MS) to profile the LMWP from biological fluids has proven to be very challenging due to the large dynamic range of protein and peptide concentrations in serum.6 Without sample pre-treatment, some of the more highly abundant proteins obscure the detection of low-abundance species in serum/plasma. Current proteomic-based approaches, such as two-dimensional polyacrylamide gel-electrophoresis (2D-PAGE) and shotgun proteomics methods are labor-intensive, low throughput and offer limited suitability for clinical applications.7-9 Therefore, a more effective strategy is needed to isolate LMWP from blood and allow the high throughput screening of clinical samples. 
Here, we present a fast, efficient and reliable multi-fractionation system based on mesoporous silica chips to specifically target and enrich LMWP.10,11 Mesoporous silica (MPS) thin films with tunable features at the nanoscale were fabricated using the triblock copolymer template pathway. Using different polymer templates and polymer concentrations in the precursor solution, various pore size distributions, pore structures, connectivity and surface properties were determined and applied for selective recovery of low mass proteins. The selective parsing of the enriched peptides into different subclasses according to their physicochemical properties will enhance the efficiency of recovery and detection of low abundance species. In combination with mass spectrometry and statistic analysis, we demonstrated the correlation between the nanophase characteristics of the mesoporous silica thin films and the specificity and efficacy of low mass proteome harvesting. The results presented herein reveal the potential of the nanotechnology-based technology to provide a powerful alternative to conventional methods for LMWP harvesting from complex biological fluids. Because of the ability to tune the material properties, the capability for low-cost production, the simplicity and rapidity of sample collection, and the greatly reduced sample requirements for analysis, this novel nanotechnology will substantially impact the field of proteomic biomarker research and clinical proteomic assessment.

Watch this Scientific Journal Video about Low Molecular Weight Protein Enrichment on Mesoporous Silica Thin Films for Biomarker Discovery at JoVE.com

Low Molecular Weight Protein Enrichment on Mesoporous Silica Thin Films for Biomarker Discovery

Мы разработали технологию, основанную на мезопористого кремния тонкую пленку для селективного восстановления низкомолекулярных белков и пептидов из сыворотки крови человека. Физико-химические свойства нашего мезопористых чипы были точно настроены оказывать существенную контроля пептид обогащение и, следовательно, профиль сыворотки протеома для диагностических целей.

Низкая молекулярная масса белка Обогащение на мезопористых тонких пленок кремния для биомаркеров Discovery

The identification of circulating biomarkers holds great potential for non invasive approaches in early diagnosis and prognosis, as well as for the ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Developing Custom Chinese Hamster Ovary-host Cell Protein Assays using Acoustic Membrane Microparticle Technology

Разработка пользовательских яичника китайского хомячка, клетки-хозяина белка Анализы использованием Акустические технологии, микрочастицы Мембранные

Custom assays for unique proteins are often limited to time consuming manual detection and quantitation techniques such as ELISA or Western blots due to ...

Low-Cost Cryo-Light Microscopy Stage Fabrication for Correlated Light/Electron Microscopy

Low-Cost Cryo-световой микроскопии этап Изготовление для Коррелированные Свет / Электронная микроскопия

The coupling of cryo-light microscopy (cryo-LM) and cryo-electron microscopy (cryo-EM) poses a number of advantages for understanding cellular 
dynamics ...

Synthesis, Assembly, and Characterization of Monolayer Protected Gold Nanoparticle Films for Protein Monolayer Electrochemistry

Синтез, монтаж, и характеристика монослоя охраняемые пленок золота наночастицы для Белки электрохимии монослоя

Colloidal gold nanoparticles protected with alkanethiolate ligands called monolayer protected gold clusters (MPCs) are synthesized and subsequently ...

Polymer Microarrays for High Throughput Discovery of Biomaterials

Полимерные Microarrays высоких Discovery Пропускная биоматериалов

The discovery of novel biomaterials that are optimized for a specific biological application is readily achieved using polymer microarrays, which allows a ...

Characteristics of Precipitation-formed Polyethylene Glycol Microgels Are Controlled by Molecular Weight of Reactants

This work describes the formation of poly(ethylene glycol) (PEG) microgels via a photopolymerized precipitation reaction. Precipitation reactions offer ...

Hydrogel Nanoparticle Harvesting of Plasma or Urine for Detecting Low Abundance Proteins

Гидрогель наночастиц Заготовка плазмы или мочи для обнаружения Низкие Белки изобилии

Novel biomarker discovery plays a crucial role in providing more sensitive and specific disease detection. Unfortunately many low-abundance biomarkers ...

From Fast Fluorescence Imaging to Molecular Diffusion Law on Live Cell Membranes in a Commercial Microscope

От быстрого флуоресценции визуализации к молекулярной диффузии Закона о живых клеточных мембран в торговом микроскоп

It has become increasingly evident that the spatial distribution and the motion of membrane components like lipids and proteins are key factors in the ...

Design and Construction of Artificial Extracellular Matrix (aECM) Proteins from Escherichia coli for Skin Tissue Engineering

Design and Construction of Artificial Extracellular Matrix aECM Proteins from Escherichia coli for Skin Tissue Engineering

Проектирование и строительство искусственного внеклеточного матрикса (aECM) Белки<em&gt; Кишечная палочка</em&gt; Для кожи тканевой инженерии

Recombinant technology is a versatile platform to create novel artificial proteins with tunable properties. For the last decade, many artificial proteins ...

Microfluidic Genipin Deposition Technique for Extended Culture of Micropatterned Vascular Muscular Thin Films

Микрожидкостных генипин осаждения Техника для расширенной культуры Micropatterned сосудистых мышечной тонких пленок

The chronic nature of vascular disease progression requires the development of experimental techniques that simulate physiologic and pathologic vascular ...

Rod-based Fabrication of Customizable Soft Robotic Pneumatic Gripper Devices for Delicate Tissue Manipulation

Род основе Изготовление настраиваемыми Soft роботизированных захватных Пневматические устройства для деликатной ткани манипулированию

Soft compliant gripping is essential in delicate surgical manipulation for minimizing the risk of tissue grip damage caused by high stress concentrations ...