Name: hydrogel nanoparticle harvesting of plasma or urine for detecting low abundance proteins
Uploaded: 2014-08-07T20:45:00
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Michael Henry, Dublin City University, amablemente ayudó con la recopilación de datos y el análisis se muestra en la Figura 5. Este trabajo fue apoyado en parte por (1) George Mason University, (2) el italiano IstitutoSuperiore di Sanita &#39;en el marco de la Italia / EE.UU. convenio de colaboración entre el Departamento de Salud y Servicios Humanos, la Universidad George Mason, y el Ministerio de Salud Pública italiana, (3) de los NIH, subvenciones del programa IMAT 1R21CA137706-01 y 1R33CA173359-01 a LAL, y (4) Nanociencias Ceres, Inc .

El plasma humano y se recogió la orina de donantes voluntarios sanos, con el consentimiento informado por escrito, después de George Mason University Institutional Review Board aprobó protocolos. Los donantes se distribuyeron por igual entre hombres caucásicos y mujeres entre las edades de 25 y 42 muestras fueron analizadas de forma individual y no se agruparon. 1. Nanoparticle Procesamiento de suero o plasma Muestras Biomarcadores abundantes bajas potenciales ...

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Importancia clínica Se cree que una muestra de suero o plasma para contener baja abundancia de proteínas y péptidos que pueden proporcionar una rica fuente de información sobre el estado del organismo en su conjunto en circulación. A pesar de la promesa de la proteómica en suero, hay tres barreras fisiológicas fundamentales y serios que frenan el descubrimiento de biomarcadores y la traducción al beneficio clínico 10, 11, 16, 25. <p class="jove_conten...

A pesar de la finalización de la secuenciación del genoma humano, no se ha logrado avances significativos en la identificación de biomarcadores predictivos de la enfermedad en etapa temprana, o que se correlacionan con el resultado terapéutico o pronóstico 1. Una razón para esta falta de progreso es que existen muchas biomarcadores potencialmente significativos a una concentración por debajo del límite de detección de espectrometría de masas convencional y otras plataformas de descubrimiento de biomarcadores. Espectrometría de masas (MS) y Monitoreo de Reacción Múltiple (MRM) tienen una sensibilidad de detección típicamente mayor que 50 ng / ml, mientras que la mayoría de los analitos medidos por inmunoensayos en una caída de laboratorio clínico en el intervalo entre 50 pg / ml y 10 ng / ml . Esto significa que muchos biomarcadores, en particular en la etapa temprana de una enfermedad no pueden ser detectados por MS convencional y MRM 2. Además, la presencia de proteínas de alta abundancia tales como la albúmina y la inmunoglobulina en fluidos biológicos complejos, con frecuencia máscara por exc mil millones de vecesess de baja abundancia, proteínas de bajo peso molecular y péptidos 3, 4. Por esta razón se requieren varias etapas preparatorias de la muestra antes de la secuenciación de espectrometría de masas y la identificación. Uno de tales paso preparatorio emplea el agotamiento de proteínas de alta abundancia con columnas de agotamiento disponibles comercialmente 5-8. Desafortunadamente este paso conduce a la reducción del rendimiento de biomarcadores candidatos porque son a menudo asociadas no covalentemente con proteínas portadoras que están siendo eliminados. Otro desafío está representado por la estabilidad de biomarcadores candidatos ex vivo una vez que se recogieron las muestras. Las proteínas están sujetos a la degradación por proteasas endógenas o exógenas 9. Nanopartículas hidrogel puede superar estos retos críticos mediante la amplificación de la concentración de biomarcador putativo a un nivel dentro del rango del ensayo, mientras que la protección de la proteína de la degradación 10-13. Es importante señalar ªLMW en proteínas en la sangre son una mezcla de proteínas intactas pequeñas, así como fragmentos de proteínas grandes. Proteínas del tejido derivado de más de 60 kDa son demasiado grandes para entrar pasivamente el flujo de sangre a través de la membrana basal vascular, pero pueden ser representados en la sangre como péptidos o fragmentos de proteínas 14. Nuestro objetivo es medir los biomarcadores novedosos de circulación que pueden ser candidatos para la detección temprana de la enfermedad, estratificación de los pacientes para la terapia y el seguimiento de la respuesta al tratamiento. Nuestros nanopartículas se crean para excluir selectivamente inmunoglobulinas alta abundancia y albúmina, mientras que la captura simultáneamente proteínas y péptidos más pequeños y concentrándolos hasta 100 veces, dependiendo del volumen de partida. Nuestro grupo identificó un conjunto de pequeñas colorantes orgánicos que pueden actuar con éxito como de alta afinidad cebos moleculares para proteínas y péptidos. Colorante de unión a proteínas se cree que es debido a una combinación de interacción hidrófoba y electrostáticas. Los anillos aromáticos en el tinte se intercalan con las proteínas a través de bolsillos hidrófobos sobre la superficie de la proteína 11. Los cebos, dependiendo de su química, muestran una afinidad particular para las clases de analitos seleccionados. Los cebos compiten con las proteínas portadoras, como la albúmina, para las proteínas o péptidos. El peso de proteínas / péptidos de bajo peso molecular se quedan atrapados en la partícula. Proteínas de alto peso molecular tales como la albúmina y la inmunoglobulina se impide la entrada de la partícula debido a la capacidad de tamizado debido a la restrictiva de poro del hidrogel 11 (Figura 1). Nanopartículas de hidrogel son sintetizados por polimerización por precipitación iniciada por persulfato de amonio 11. N-isopropilacrilamida (Nipam), co-monómeros de ácido acrílico (AAC) y alilamina (AA) y el agente de reticulación N, N &#39;-Methylenebisacrylamide (BIS) se dejó reaccionar a 70 ° C durante 6 horas en condiciones diluidas 11, 13. La afinidad de unión de alta proteína de poli (N-isopropilacrilamida-co-ácido acrílico) (poli (NIPAM-co-AAC) nanoparticlesis logrado mediante la incorporación de covalentemente colorantes que contienen grupos amino (es decir., Colorantes sulfonatedanthraquinonetriazine) en las nanopartículas a través una reacción de amidación se realiza en disolventes acuosos u orgánicos dependiendo de las características hidrófilas / hidrófobas de los colorantes 11, se utiliza 13. sustitución nucleofílica de los grupos amina en la nanopartícula con el átomo de cloruro de un colorante anthraquinonetriazine para crear poli contiene el colorante (Nipam -CO-alilamina) (AA) nanopartículas 11, 12. Un procedimiento de polimerización de dos etapas se utiliza para crear nanopartículas de hidrogel que contiene una capa exterior de ácido vinilsulfónico (VSA) 11, 13. Nanopartículas de hidrogel se pueden aplicar a diversos fluidos biológicos, incluyendo sangre entera, plasma, suero, fluido cerebroespinal, sudor, y orina. En un solo paso, en solución, la nanoparticles realizan una rápida (en minutos) el secuestro y la concentración de analitos de bajo peso molecular 10, 11, 13, 15-18. Las proteínas se eluyeron posteriormente de las nanopartículas y se detectaron usando Western Blot 19-21, espectrometría de masas 10, 11, 13, 15, 18, ​​22, 23, inmunoensayos / ELISA 10, 11, 15, 18, ​​o microarrays de proteínas de fase inversa 16, 24 ensayos. Las nanopartículas funcionalizadas con el cebo químico, y la presentación de un núcleo o núcleo de la arquitectura cáscara, captura y se concentran las proteínas sobre la base de las propiedades fisicoquímicas de cebo / corteza. Diferentes colorantes incorporados en las nanopartículas, por lo tanto capturar diferentes subconjuntos de proteínas con eficiencia basado en la afinidad de tinte, el pH de la solución, y la presencia / ausencia de competir proteínas de alto abundante 13 variable. Además, la cantidad de nanopartículas en relación con el volumen de la solución afectará a la producción de proteína a partir de las nanopartículas. Estos aspectos dehidrogel nanopartícula cosecha se demostró utilizando tres cebos nanopartículas diferentes para las proteínas de recolección de muestras de plasma que contienen altas cantidades de proteínas, y de las muestras de orina que normalmente no contienen grandes cantidades de proteína. En este protocolo se demuestra la recolección y la concentración de factor de necrosis tumoral alfa (TNFa) a partir de muestras de plasma utilizando poli (NIPAM-co-AAC), poli (NIPAM / tinte), y las nanopartículas core-shell (poli (NIPAM-co-VSA)) . Poli (NIPAM / colorante) nanopartículas se muestran para concentrar el antígeno especies Mycobacterium que se añadió a las muestras de orina humanos, para imitar los individuos infectados por el Mycobacterium tuberculosis.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="957">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:315px;">hydrogel nanoparticles</td>
			<td style="width:187px;">Ceres Nanoscience</td>
			<td style="width:119px;">CS003</td>
			<td style="width:336px;">NanoTrap ESP particles</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">18 M&#937;-cm water</td>
			<td style="width:187px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Type 1 reagent grade water</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Tris HCl, 50mM pH7.0</td>
			<td style="width:187px;">VWR</td>
			<td style="width:119px;">IC816116</td>
			<td>50mM, pH 7</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Acetonitrile</td>
			<td style="width:187px;">BDH</td>
			<td style="width:119px;">BDH1103-4LP</td>
			<td>available from VWR</td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;">Ammonium Hydroxide NH4OH</td>
			<td style="width:187px;">BDH</td>
			<td style="width:119px;">BDH3014</td>
			<td>available from VWR, assayed at 28-30% NH3</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">sodium thiocyanate 25mM</td>
			<td style="width:187px;">Acros Organics</td>
			<td style="width:119px;">419675000</td>
			<td>for serum/plasma samples</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Multi-analyte Urine Reagent Strips</td>
			<td style="width:187px;">Siemens</td>
			<td style="width:119px;">2161</td>
			<td style="width:336px;">for urine samples</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">Tris-Glycine SDS Sample Buffer (2X)</td>
			<td style="width:187px;">Life Technologies</td>
			<td style="width:119px;">LC2676</td>
			<td style="width:336px;">use at room temperature to prevent SDS from precipitating</td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;">Dry bath incubator (100 oC) with heating block</td>
			<td style="width:187px;">Barnstead</td>
			<td>11-715-125DQ</td>
			<td>do not substitute a boiling water bath</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Nitrogen evaporator manifold</td>
			<td style="width:187px;">Organomation Associates</td>
			<td>Microvap118</td>
			<td>for serum/plasma samples</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:315px;">Centrifuge, swing-out rotor</td>
			<td style="width:187px;">Sorvall</td>
			<td style="width:119px;">Legend series</td>
			<td>50ml tube capacity, rcf 3700 x g</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:315px;">Centrifuge, fixed angle rotor</td>
			<td style="width:187px;">Eppendorf</td>
			<td style="width:119px;">5424</td>
			<td>1.7ml microcentrifuge capacity, rcf 16,000 x g</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:315px;">50ml conical centrifuge&#160;tubes</td>
			<td style="width:187px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:119px;">14-432-22</td>
			<td>with screw caps for urine samples</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:315px;">1.5ml microcentrifuge tubes</td>
			<td style="width:187px;">Eppendorf</td>
			<td>22363204</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:315px;">Disposable plastic transfer pipettes</td>
			<td style="width:187px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:119px;">13-711-7M</td>
			<td>at least 1ml capacity</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Vortex mixer</td>
			<td style="width:187px;">Fisher Scientific</td>
			<td>50-949-755</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:315px;">Timer</td>
			<td style="width:187px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:119px;">S04782</td>
			<td>seconds/minutes</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

hydrogel nanoparticle harvesting of plasma or urine for detecting low abundance proteins

El descubrimiento de biomarcadores Novela juega un papel crucial en la prestación de detección de la enfermedad más sensible y específica. Desafortunadamente muchos biomarcadores de baja abundancia que hay en fluidos biológicos no pueden ser fácilmente detectados con espectrometría de masas o inmunoensayos, ya que están presentes en muy baja concentración, son lábiles, y son a menudo enmascarados por proteínas de alta abundancia tales como albúmina o inmunoglobulina. Bait contiene poli (N-isopropilacrilamida) (Nipam) nanopartículas a base son capaces de superar estas barreras fisiológicas. En un paso que son capaces de captar, concentrar y preservar biomarcadores de fluidos corporales. -Analitos de bajo peso molecular entran en el núcleo de la nanopartícula y son capturados por diferentes tintes químicos orgánicos, que actúan como cebos de proteína de alta afinidad. Las nanopartículas son capaces de concentrar las proteínas de interés en varios órdenes de magnitud. Este factor de concentración es suficiente para aumentar el nivel de proteína de tal manera que las proteínas están dentro de lalímite de detección de los espectrómetros de masas actuales, el Western Blot, e inmunoensayos. Las nanopartículas se pueden incubar con una plétora de fluidos biológicos y que son capaces de enriquecer en gran medida la concentración de proteínas y péptidos de bajo peso molecular mientras que excluye la albúmina y otras proteínas de alto peso molecular. Nuestros datos muestran que una amplificación de 10.000 veces en la concentración de un analito particular se puede lograr, lo que permite espectrometría de masas y los inmunoensayos para detectar biomarcadores previamente indetectables.

Hidrogel Nanoparticle Tamaño y Uniformidad Poli (Nipam-AAC) partículas se han producido con muy alto rendimiento y reproducibilidad entre y dentro de los lotes. Las partículas tienen muy buena estabilidad coloidal a temperatura ambiente durante el tiempo necesario para la captura, almacenamiento, y la elución de las proteínas (por lo menos 48 h), y la precipitación de nanopartículas no se ha observado (Figura 1) 11. La estabilidad coloidal ...

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

Several pathological biomarkers cannot be easily detected by current techniques because of their low concentration in biological fluids, the presence of degrading enzymes, and large amounts of high molecular weight proteins. Chemically functionalized hydrogel nanoparticles can harvest, preserve and concentrate low abundance proteins enabling the detection of previously undetectable biomarkers.

Hidrogel Nanoparticle recolección de plasma o de orina para la detección de proteínas de baja abundancia

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

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Encapsulation of Cardiomyocytes in a Fibrin Hydrogel for Cardiac Tissue Engineering

La encapsulación de los cardiomiocitos en un hidrogel de fibrina para ingeniería de tejidos cardíacos

Culturing cells in a three dimensional hydrogel environment is an important technique for developing constructs for tissue engineering as well as studying ...

Investigación

Bioingeniería

Cultivation of Human Neural Progenitor Cells in a 3-dimensional Self-assembling Peptide Hydrogel

Cultivo de Células progenitoras neurales en un hidrogel de péptidos 3-dimensional de auto-montaje

The  influence of 3-dimensional (3D) scaffolds on growth, proliferation and finally  neuronal differentiation is of great interest in order to find new ...

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

Diseño y Construcción de Artificial matriz extracelular (AECM) Las proteínas de<em&gt; Escherichia coli</em&gt; Para la piel Ingeniería de Tejidos

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

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

a base de varilla de fabricación de dispositivos robóticos adaptables pinza neumática suaves para la manipulación del tejido delicado

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

Targeted Plasma Membrane Delivery of a Hydrophobic Cargo Encapsulated in a Liquid Crystal Nanoparticle Carrier

Targeted membrana plasmática Entrega de cargo encapsulado hidrofóbico en un cristal líquido portador de nanopartículas

The controlled delivery of drug/imaging agents to cells is critical for the development of therapeutics and for the study of cellular signaling processes. ...

Patterning Bioactive Proteins or Peptides on Hydrogel Using Photochemistry for Biological Applications

Patrones bioactivas proteínas o péptidos en hidrogel con fotoquímica para usos biológicos

There are many biological stimuli that can influence cell behavior and stem cell differentiation. General cell culture approaches rely on soluble factors ...

Retroductal Nanoparticle Injection to the Murine Submandibular Gland

Inyección de nanopartículas de Retroductal a la glándula submaxilar de ratón

Two common goals of salivary gland therapeutics are prevention and cure of tissue dysfunction following either autoimmune or radiation injury. By locally ...

Apparatus for Harvesting Tissue Microcolumns

Aparato para la recolección de tejido Microcolumns

This manuscript describes the production process for a laboratory apparatus, made from off-the-shelf components, that can be used to collect microcolumns ...

Fabricating a Kidney Cortex Extracellular Matrix-Derived Hydrogel

Fabricación de un hidrogel de derivados de matriz extracelular renal corteza

Extracellular matrix (ECM) provides important biophysical and biochemical cues to maintain tissue homeostasis. Current synthetic hydrogels offer robust ...

Photodegradable Hydrogel Interfaces for Bacteria Screening, Selection, and Isolation

Interfaces de hidrogel fotodegradables para detección, selección y aislamiento de bacterias

Biologists have long attempted to understand the relationship between phenotype and genotype. To better understand this connection, it is crucial to ...