Adsorción de proteínas en superficies que regulan carga similares a la sílica: el papel del equilibrio de protonación

CATHCARTH, MARILINA; PICCO, AGUSTIN S.; LONGO, GABRIEL S.

La Plata

Jornada; XV Jornadas de Estudiantes de Posgrado del INIFTA; 2022

Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas (INIFTA)

Introducción: Uno de los grandes desafíos que enfrenta la nanomedicina y que condiciona su transferencia a la clínica médica es la formación de coronas proteicas sobre las nanopartículas, lo que modifica sus propiedades superficiales alterando la forma en la que interactúan con los componentes biológicos1,2. A su vez, los fluidos biológicos de compleja composición y elevada fuerza iónica imponen un desafío a la estabilidad coloidal de las nanopartículas3.Por lo tanto, comprender la interacción de proteínas con superficies de nanomateriales es actualmente un problema de relevancia clave en una variedad de aplicaciones biomédicas4,5. Con ese fin, desarrollamos una teoría molecular para estudiar la termodinámica de la adsorción de algunas proteínas con una superficie similar a la sílica que regula carga en una amplia gama de condiciones, que incluyen pH, concentración de sal y concentración de proteína. En este enfoque, las proteínas se describen utilizando un modelo de grano grueso basado en su estructura cristalográfica tridimensional y el pKa experimental promedio de los residuos de aminoácidos.Resultados: Tanto los grupos hidroxilo terminales en la superficie como los residuos titulables de proteínas regulan carga de acuerdo con los cambios en el entorno local y la caída del pH cerca de la superficie, lo que modifica su interacción y conduce a la aparición de varios fenómenos: (i) un comportamiento de la carga superficial complejo no ideal; (ii) una adsorción no monótona de proteínas en función del pH; y (iii) la presencia de dos regiones espaciales, una zona de acumulación y una zona de depleción de proteínas, que ocurren simultáneamente a diferentes distancias de la superficie cuando el pH está ligeramente por encima del punto isoeléctrico de la proteína. En mezclas binarias, la adsorción de proteínas y las interacciones superficie-proteína no se pueden predecir a partir de consideraciones de soluciones puras.Conclusiones: Nuestros resultados muestran que el equilibrio de protonación juega un papel crítico en las interacciones de las proteínas con este tipo de superficies6.Referencias1)Walkey, C. D. & Chan, W. C. W. Chemical Society Reviews. 2012, 41, 2780–2799.2)Walkey, C. D. et al. ACS Nano 2014, 8, 2439–2455.3)Moore, T. L. et al. Chemical Society Reviews. 2015, 44, 6287–6305.4)Cai, R. & Chen, C. Advanced Materials 2019, 31, 1805740.5)Nakanishi, K., et al. Journal of bioscience and bioengineering 2001, 91, 233–244.6)Cathcarth, M., et al. Journal of Physics: Condensed Matter 2022, 34, 364001.