检测蛋白质相互作用的新工具可能为基因治疗和其他治疗开辟有希望的途径

SMU纳米技术专家MinJun Kim和他的团队开发了一种更快、更精确的方法来检测单个蛋白质的特性和相互作用，这对快速、准确和实时监测病毒与细胞的相互作用至关重要。这可能为使用基因疗法创造创新的医学疗法和进步铺平道路，基因疗法是一种利用无害病毒修饰人的基因来治疗或治愈疾病的技术

除此之外，这项研究还可以用于检测和表征其他类型的蛋白质-蛋白质相互作用，可能导致开发出可以调节在体内引起不良影响的相互作用的治疗方法，SMU莱尔工程学院Robert C.Womack主席、BAST实验室首席研究员Kim说；称为成纤维细胞生长因子（FGF-1）和肝素&mdash；彼此结合在一起

与现在检测蛋白质-蛋白质相互作用的方式不同，该设备只需要较小的样本量来研究单个蛋白质的特性及其复杂的相互作用，从而节省了分析的时间和成本

蛋白质是促进细胞中大多数生物过程的主力军。通常，两种或多种蛋白质需要相互结合&mdash；这意味着它们由于生物化学事件而相互联系；以执行某些功能

蛋白质FGF-1和肝素就是这样。

这些蛋白质一起被证明可以帮助一种名为腺相关病毒（AAV）的无害病毒&mdash；这是基因治疗的首选载体&mdash；抓住人体内正确的细胞受体

病毒基因疗法使用AAV等病毒将健康的基因拷贝传递给人，以取代或修饰致病基因。但问题是，AAV有几种不同的类型或血清型，每一种都有感染特定组织类型并在特定组织类型中繁殖的自然偏好，例如为心脏或肾脏服务的组织类型。这意味着，基因治疗要想成功地将病毒的货物卸载到其预期目标，正确的AAV血清型需要与正确的细胞受体结合

然而，目前对这种被称为向性的过程是如何工作的还知之甚少

金说：“因此，更好地了解肝素和FGF-1的相互作用将有助于我们理解AAV基因治疗的向性”，这反过来又可能使针对特定疾病的新基因治疗成为可能

Kim的团队创建并测试了一种称为固态纳米孔的设备，该设备可以准确判断肝素和FGF-1何时结合

设备的工作原理

纳米粒子太小，肉眼看不见&mdash；尺寸范围为1至100纳米（十亿分之一米）。纳米材料可以自然产生，也可以被工程化以实现特定功能，例如向各种形式的癌症输送药物

这项研究中的每个纳米孔都是由12纳米厚的氮化硅（SixNy）膜制成的，膜上钻有一个直径约17纳米的孔。

这些所谓的固态纳米孔能够判断肝素何时与FGF-1结合，因为Kim和他的团队计算了三种不同情况下的电流：样品中只存在肝素时；当仅存在FGF-1时；以及当两种蛋白质的比例相等时

设备如何知道电流是多少

基本上，样品中的分子穿过装置中的一个小孔，该小孔将含有电解质溶液的两个腔室分隔开。这导致电流的波动，可以对电流进行解码以检测肝素-FGF-1的结合

Kim说，“这项研究的发现代表了一项初步实验，为未来的努力奠定了基础。”

他的最终目标是能够在另外两种蛋白质上使用固态纳米孔，这两种蛋白质对靶向基因治疗也很重要：AAV与细胞表面受体的实际结合

AAV有一层被称为衣壳的蛋白质外壳，围绕着它们的遗传信息，基因治疗师会改变这种信息，将一种新的健康基因引入人体。只有当衣壳与细胞受体结合时；在细胞表面发现的另一种蛋白质&mdash；病毒和细胞是相连的，病毒的货物可以被释放

“靶向基因治疗的有效性取决于病毒衣壳和细胞表面受体之间的亲和力，”Kim解释道

Kim希望能够使用固态纳米孔来测量这一点，从而在病毒成功将其货物输送到人体内时更清楚。这是因为使用病毒基因治疗的一个关键障碍是无法测量AAV传播的遗传物质的数量，这可能导致过量或剂量不足

除了在基因治疗方面取得突破外，该研究的主要作者、SMU BAST的研究生助理Navod Thyashan指出，这些纳米孔还可以为开发其他新的医疗方法奠定基础。它可以与其他已知具有高亲和力的蛋白质一起使用，从而使治疗能够潜在地调节这些导致疾病的相互作用

他说：“固态纳米孔（SSN）的尺寸可以从个位数纳米到数百纳米不等。”。“因此，只要我们为正在处理的蛋白质选择正确的纳米孔径，SSN就可以用于大多数生物分子传感应用。”帮助Thyashan和Kim创建该设备的是SMU穆迪研究生与高级研究院院长博士后研究员Madhav L.Ghimire；和韩国科学技术研究所仿生研究中心的Sangyoup Lee