Preparation of protein nanoparticle by dynamic aggregation and ionizing-induced crosslinking

E. ACHILLI, G. CASAJUS, M. SIRI, C. FLORES, S. KADłUBOWSKI, S. DEL V. ALONSO, MARIANO GRASSELLI

COLLOIDS AND SURFACES A-PHYSICOCHEMICAL AND ENGINEERING ASPECTS

ELSEVIER SCIENCE BV

Lugar: Amsterdam; Año: 2015 vol. 486 p. 161 - 171

0927-7757

Globular  proteins  can  be  considered  as  nanotools  useful  to  perform  a  variety  of  chemical  reactions.  These biological  macromolecules  have  very  complex  and  detailed  topological  characteristics  responsible  for their  several  functions,  which  can  be  used  for  technological  applications.Albumin  is  one  of  the  few  commercially  available  proteins  with  potential  use  in  the  preparation  of  nanomaterials  by  the  bottom-up  strategy.  Albumin  nanoparticles  (NPs)  can  be  prepared  by  several  methods, but  the  preservation  of  the  structure  of  the  native  protein  in  the  final  structure  has  not  yet  received  too much  attention.Our  research  group  has  recently  reported  the  use  of  ionizing  radiation  to  obtain  albumin  NPs.  The  irradiation  of  an  ethanol  solution  of  bovine  serum  albumin  (BSA)  allows  obtaining  protein  NPs  in  the  size  range of  20?40  nm.  However,  a  plausible  mechanism  to  explain  the  process  of  preparation  of  protein-based  NPs has  not  yet  been  described.  In  this  work,  we  performed  a  series  of  experiments  to  prepare  protein  based NPs  in  two  independent  steps:  (i)  dynamic  aggregation  of  BSA  by  ethanol  and  (ii)  radiation-inducedcross-linking  by  gamma  or  electron  beam  irradiation.  Dynamic  light  scattering  (DLS),  circular  dichroism (CD),  Fourier  Transform  Infrared  Spectroscopy  (FT-IR)  and  UV  spectroscopy  measurements  provided additional  information  about  the  conformation  of  BSA.  No  spectroscopy  signal  changes  of  aromatic  amino acids  were  detected  by  UV  and  a  loss  of  20%  of  the  alpha  helix  secondary  structure  was  determined  by CD.  Drug-carrier  functions  were  studied  by  binding  and  releasing  assays  of  Merocyanine  540.  BSA-NPsshowed  a  drug-carrier  behavior  similar  to  that  of  BSA.  Finally,  we  evaluated  the  possibility  to  prepare protein  NPs  containing  more  than  one  protein  using  the  same  procedure.  Bi-protein  NPs  were  prepared from  lysozyme  and  BSA.  The  bi-protein  NP  showed  enzymatic  activity  of  lysozyme,  which  confirms  the functionality  of  the  NP  prepared  by  this  novel  method