Los investigadores de la Universidad de Rice encontraron que la adsorción de transferrina a la interfaz de nailon en la cromatografía (arriba) induce el despliegue parcial de la proteína (abajo). Ese despliegue se realza en presencia de sal. Controlar el proceso podría ayudar a construir mejores modelos para predecir la separación de proteínas, un proceso crítico en la fabricación de medicamentos. Crédito:Grupo de Investigación de las Landas / Universidad de Rice
Con mucho trabajo y una pizca de sal, Los científicos de la Universidad de Rice han dado un paso hacia la simplificación de la fabricación de medicamentos.
La química de Rice Christy Landes y sus colegas informaron en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias su estrategia para hacer más eficiente la separación de proteínas basada en membranas de polímero.
"Cuesta alrededor de $ 3 mil millones llevar al consumidor un medicamento basado en una proteína biológica, ", Dijo Landes." Y alrededor de la mitad de eso puede deberse a que la purificación se realiza por ensayo y error. Cada año se desperdician miles de millones de dólares porque no hay forma de diseñar de manera predictiva un esquema de separación para una proteína ".
El laboratorio de Rice está desarrollando modelos para predecir cómo el ajuste del comportamiento de las proteínas individuales en las interfaces de membrana afectará la separación.
A través de su investigación, descubrieron cómo el uso de sal para sintonizar dos interacciones distintas entre un soporte de fase estacionaria de nailon y una proteína modelo, transferrina, ayuda a que las separaciones sean más eficientes.
Los investigadores se centraron en la sal, porque "salar" es un paso común en la cromatografía, un proceso estándar de la industria mediante el cual se separan los elementos de una solución, o "purificado". Los filtros pueden ser de material natural como el suelo, absorbentes como celulosa o, cada vez más, polímeros, incluido el nailon.
Una ilustración muestra dos modos de interacción transferrina-nailon, un mecanismo de "salto" conocido como CTRW (naranja) y adsorción-desorción de sitio único (azul). Los químicos de la Universidad de Rice mostraron cómo la sal modifica las interacciones de la superficie en la cromatografía utilizada para separar las proteínas de los fármacos y sugirieron que limitar la difusión de CTRW en la fase estacionaria mejorará la separación. Crédito:Grupo de Investigación de las Landas / Universidad de Rice
"Piense en estos filtros como paradas a lo largo de una autopista, "dijo el coautor Logan Bishop, quien combinó sus simulaciones con experimentos del autor principal Nicholas Moringo. Ambos son becarios graduados de la National Science Foundation (NSF) en Rice.
"La primera parada separa las grandes plataformas, la siguiente parada recibe las camionetas, y eventualmente te quedas con los autos normales que quieres, "Dijo el obispo." Aquí, estamos hablando de todas las diferentes fuerzas que separan los diferentes componentes cuando una mezcla se mueve a través de la columna ".
La sal disuelta crea iones solvatados que interactúan con las proteínas y las sintonizan para detenerse e interactuar con la columna de cromatografía o avanzar a través de la columna. Al final de la salazón, la proteína deseada puede extraerse de la columna con un disolvente y ponerse a disposición para otras etapas de purificación.
Exactamente cómo la sal influye en la separación es solo una pregunta que los investigadores esperan responder a través de sus experimentos y simulaciones. "Lo más importante que hicimos en este artículo fue unir las observaciones de proteínas individuales que interactúan en la interfaz de nailon con una comprensión de cómo interactúan exactamente, ", Dijo Landes." Nuestras simulaciones ahora nos permiten predecir las eficiencias de separación mejoradas en condiciones realistas ".
Los investigadores identificaron fuerzas en competencia en la superficie del nailon que podrían ajustarse mediante la concentración de sal. Las observaciones revelaron que las proteínas de transferrina plegadas tendían a saltar alrededor del nailon, pero se despliegan parcialmente una vez adheridos a la membrana. Las concentraciones de sal más altas los despliegan aún más, disminuyendo el salto y permitiendo que las interacciones de la membrana mejoren la eficiencia de separación.
Nicolás Moringo, izquierda, y Logan Bishop, ambos becarios graduados de la National Science Foundation en Rice University, discuten un detalle en su trabajo para refinar los modelos de cómo la sal modifica las interacciones de la superficie en la cromatografía utilizada para separar las proteínas farmacológicas valiosas. La investigación podría ser un paso hacia la simplificación de la fabricación de medicamentos. Crédito:Jeff Fitlow / Rice University
"La sal sintoniza la distribución de estas dos formas de interactuar, y también cambia la estructura de la proteína en la interfaz, ", Dijo Landes." Pero cada uno de ellos es solo una parte de la competencia a microescala que le da el efecto macroscópico. Por eso es tan caro optimizar el proceso con prueba y error ".
"Nos gustaría poder probar una biblioteca de químicas de superficie en diferentes condiciones de una sola vez en un cubreobjetos, para que podamos identificar las condiciones ideales para la separación, ", Dijo Moringo." Entonces podemos usar la simulación para predecir qué respuesta combinatoria en su chip será la correcta para optimizar la separación ".
Pasarán años antes de que las simulaciones incorporen todos los parámetros posibles, pero es un viaje que vale la pena emprender para mejorar el diseño y la fabricación de medicamentos, Dijo Bishop. "El modelo no es lo suficientemente complejo, y existe el argumento de que nunca podremos igualar la complejidad del proceso de cromatografía, ", dijo." Pero nuestra esperanza es que podamos obtener una aproximación lo suficientemente cercana para comenzar a reducir algunos de esos costos y acercarnos a una solución real ".
Landes señaló que las empresas farmacéuticas han dominado sus técnicas actuales, hasta donde llegan. "Nadie sabe mejor que los ingenieros industriales cómo optimizar un proceso para obtener los mejores resultados por la menor cantidad de dinero, siempre que permanezcan en el camino que han estado siguiendo durante 70 años, ", dijo." Pero nos estamos moviendo hacia un camino transformador. Para eso está la investigación académica ".
