Muchos de los medicamentos más prometedores en desarrollo son proteínas, a menudo anticuerpos, para ayudar a los pacientes a combatir enfermedades. Estas proteínas deben purificarse como parte del proceso de fabricación, una tarea que puede ser complicada y generar costosos desechos.

Los científicos han luchado por medir directamente el movimiento de las proteínas, conocida como difusión de proteínas, en materiales que incluyen componentes sólidos y líquidos. También han estado en desacuerdo sobre cómo el movimiento en la superficie del material contribuye al movimiento de las proteínas cuando se usa la cromatografía de intercambio iónico. un método de laboratorio y fabricación para la separación de materiales en función de su carga. Las proteínas pueden introducirse en los poros de las perlas de resina que se utilizan para realizar la cromatografía de intercambio iónico y unirse a las paredes. basado en cargo.

Ahora, un equipo de ingenieros de la Universidad de Delaware, con un colaborador de la empresa farmacéutica Amgen, ha demostrado que la difusión superficial en el transporte de proteínas hacia las perlas de intercambio iónico depende de la afinidad de adsorción, una medida de atracción entre los dos materiales. Explotando esta relación, el equipo desarrolló un procedimiento para purificar un anticuerpo monoclonal, un tipo de molécula que media la inmunidad, con una productividad un 43% más alta de lo habitual.

Los resultados del equipo se publicaron en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias en marzo. Los autores del artículo incluyen a Ohnmar Khanal, estudiante de doctorado en ingeniería química; Vijesh Kumar, becario postdoctoral en ingeniería química; Fabrice Schlegel, ingeniero principal en Amgen; y Abraham Lenhoff, Profesor Allan P. Colburn de Ingeniería Química.

"Presentamos un caso muy sólido de la importancia de la difusión superficial, y utilizamos múltiples enfoques para corroborar su importancia a través de una técnica simple que se puede implementar de inmediato, "dijo Khanal.

El equipo utilizó cromatografía, modelado mecanicista, microscopía confocal y dispersión de neutrones de ángulo pequeño. Este último se realizó en el Centro Nacional de Investigación de Neutrones del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología.

Al comprender y aprovechar la difusión de la superficie de las proteínas en la cromatografía de intercambio iónico, los investigadores pueden aprovechar este trabajo y desarrollar métodos para reducir el desperdicio durante el costoso proceso de fabricación de medicamentos.

"La cromatografía de intercambio iónico de proteínas es una operación absolutamente clave en la fabricación biofarmacéutica, "dijo Lenhoff.

Kumar y Lenhoff ahora están trabajando en un proyecto independiente financiado por el Instituto Nacional de Innovación en la Fabricación Biofarmacéutica, con sede en la Universidad de Delaware, desarrollar modelos matemáticos de cromatografía, lo que podría permitir formas más eficientes de diseñar y desarrollar procesos de fabricación.

Los investigadores también pueden aprovechar esta nueva comprensión fundamental de la difusión de proteínas y quizás aplicarla a otros problemas. La difusión de proteínas en las superficies es un fenómeno importante dentro del cuerpo, también. El movimiento y la fibrilación de amiloide-ß en el cerebro se ha asociado con enfermedades neurogenerativas, por ejemplo, y la difusión de la superficie de las proteínas puede afectar el rendimiento de los biosensores.

"Este es un ejemplo de cómo la investigación fundamental puede conducir a aplicaciones prácticas y mejoras significativas en esas aplicaciones prácticas, "dijo Lenhoff.

Y todo comenzó con una lluvia de ideas donde Khanal sugirió una investigación más profunda de la relación de la difusión de la superficie con la afinidad de unión en las superficies cargadas utilizando herramientas complementarias.

"Cuando comenzamos esto, Nunca pensamos que llegaríamos tan lejos ", dijo Kumar." Comenzó como una idea muy pequeña ".