Mediante análisis de sangre es posible detectar enfermedades genéticas raras, reconocer el cáncer o determinar el nivel de inflamación en el cuerpo. Además, debido al rápido desarrollo de los diagnósticos médicos basados ​​en el análisis de biofluidos, se están realizando muchos esfuerzos en todo el mundo para adaptar los enfoques médicos, haciendo de la medicina personalizada el paradigma de la atención sanitaria del futuro.

En esta dirección, los científicos del Instituto de Química Física de la Academia Polaca de Ciencias (IPC PAS) presentaron su investigación sobre péptidos únicos para su uso en nuevos sensores para la detección rápida y sencilla de muchas enfermedades.

La inflamación es el mecanismo de defensa natural del cuerpo contra patógenos o sustancias químicas nocivas que causan síntomas agudos como dolor, hinchazón, enrojecimiento o hematomas. Este mecanismo implica la producción intensa por parte del cuerpo de moléculas específicas, como las citocinas, que se utilizan contra las infecciones, y la inflamación se puede diagnosticar fácilmente con tales síntomas.

Sin embargo, algunas reacciones inflamatorias no son visibles y pueden durar mucho más que una infección repentina. Si las células inflamatorias permanecen durante mucho tiempo, se puede desarrollar una inflamación crónica. La inflamación crónica puede indicar una variedad de problemas de salud, incluidas enfermedades autoinmunes y cánceres, que son difíciles de superar.

La detección del proceso de inflamación en el cuerpo se puede realizar fácilmente a partir de la sangre, mientras que el seguimiento del curso de la inflamación es una historia completamente diferente. Por lo general, la tasa de infección se evalúa centrándose en el nivel de proteína C reactiva conocida como PCR, un biomarcador temprano común para diversas afecciones inflamatorias en el cuerpo.

Su aparición en plasma se basa en la respuesta del cuerpo al aumento del nivel de citocinas durante la inflamación cuando el hígado produce PCR. Su nivel también puede distinguir la causa de la inflamación; por ejemplo, un aumento en el nivel de PCR puede estar relacionado con infecciones virales, mientras que un nivel muy alto es característico de infecciones bacterianas.

Los niveles sanguíneos de esta molécula en forma de anillo cambian rápida y pronunciadamente con cualquier defensa inflamatoria, no solo para infecciones sino también como respuesta al daño tisular que también desencadena inflamación en todo tipo de tejidos. Hasta ahora, la monitorización de los niveles de PCR puede proporcionar información valiosa y precisa sobre la progresión de la enfermedad.

Siguiendo este campo, la investigadora del IPC PAS, la Dra. Katarzyna Szot-Karpińska, estudió las interacciones proteína-péptido, en particular entre PCR y materiales de unión a PCR. Se centró en los péptidos debido a su mayor estabilidad en condiciones difíciles de degradación, su menor costo y la posibilidad de un uso más eficiente en sensores biomédicos que los anticuerpos, que son los receptores de PCR más comunes.

En un artículo publicado en la revista Analytical Chemistry , los investigadores utilizaron un método de visualización de fagos para identificar los fagos que se unen a la PCR. La identificación de dichos fagos permite determinar la secuencia de péptidos expuestos en la superficie de los fagos con alta afinidad hacia la PCR.

Un factor clave del estudio fue la cuestión del seguimiento de la inflamación a largo plazo utilizando una plataforma electroquímica modificada con moléculas estables como alternativa a los anticuerpos. Los péptidos seleccionados se sintetizaron y caracterizaron completamente, y se estudiaron sus interacciones con la PCR, lo que dio como resultado la identificación de las tres moléculas de unión a la PCR derivadas de fagos más prometedoras.

El péptido con mayor afinidad por la PCR se inmovilizó en electrodos para su posterior uso como sensor electroquímico de PCR. Se utilizaron técnicas biológicas y fisicoquímicas para comprender los mecanismos de las interacciones proteína-péptido y proteína-péptido.

La Dra. Katarzyna Szot-Karpińska, científica que trabaja en este proyecto, dijo:"En nuestros estudios, por primera vez, demostramos que un único péptido de 12 unidades identificado a partir de una biblioteca de fagos se ha utilizado para el reconocimiento de la PCR. Los péptidos identificados Se caracterizaron y se estudiaron sus interacciones con la PCR para su aplicación en una plataforma de detección que muestra el nuevo enfoque para el desarrollo de sensores biomédicos".

Los resultados fueron sorprendentes y mostraron un nuevo campo para la investigación electroquímica. El nuevo material en el electrodo mostró una afinidad hasta dos órdenes de magnitud mayor por la PCR que los anticuerpos utilizados en ELISA. Además, la eficacia de detección fue prometedora para el péptido seleccionado, incluso en presencia de tres proteínas interferentes. Además, no se necesitaron productos químicos adicionales, lo que hace que la detección sea más respetuosa con el medio ambiente que con las técnicas clásicas.

Además, las simulaciones teóricas, incluidos los análisis de modelos computacionales realizados en colaboración con el Prof. Sławomir Filipek de la Universidad de Varsovia, se implementaron para complementar los estudios biológicos y fisicoquímicos y arrojaron resultados sorprendentes.

Los estudios in silico explicaron los detalles de la unión de péptidos particulares a la PCR. Los resultados muestran qué péptido de una lista de opciones es el mejor aglutinante de PCR y confirman el estudio experimental. Hasta ahora, la combinación de estudios experimentales y teóricos optimizó el proceso de selección, acelerando así la investigación.

"El valor añadido de este trabajo es la integración de métodos experimentales con análisis de modelado computacional. El modelado a partir de secuencias de aminoácidos conocidas de péptidos confirma que el péptido P3 es el mejor aglutinante para la PCR. Este enfoque combinado no se ha informado anteriormente y demuestra cómo los métodos numéricos/análisis in silico pueden reemplazar o mejorar técnicas experimentales laboriosas."

"El uso del acoplamiento molecular para identificar los mejores aglutinantes elimina la aplicación de productos químicos, lo cual es vital para desarrollar una química más ecológica. Este estudio valida el enfoque numérico para identificar las propiedades de unión de péptidos y representa un paso importante en el camino hacia los sensores basados ​​en péptidos. Además, Si sabemos cómo funciona el acoplamiento, en el futuro podríamos adaptar la secuencia del péptido cambiando, por ejemplo, uno de los aminoácidos para obtener la mejor molécula de unión al objetivo estudiado, como biomarcadores de enfermedades", dice el Dr. Szot Karpińska

Nunca antes se había descrito un enfoque computacional de este tipo para la detección de PCR utilizando péptidos, e ilustra una nueva tendencia en la investigación en la que los cálculos pueden respaldar arduas técnicas experimentales.

El método propuesto permite controlar el curso de la inflamación, permitiendo comprobar el nivel de PCR de forma selectiva y sensible utilizando moléculas mucho más pequeñas y estables que las que se utilizan actualmente. Este trabajo no sería posible sin utilizar muchos métodos y técnicas diferentes de diversos campos, lo que demuestra la profunda necesidad de interdisciplinariedad en la ciencia, especialmente en la protección de la salud.

Muestra la importancia de combinar estudios experimentales con un estudio en profundidad de las interacciones intermoleculares. La investigación descrita puede cambiar las reglas del juego en el diagnóstico y tratamiento de la inflamación, especialmente en el caso de cursos de inflamación a largo plazo o incluso nuevos dispositivos de laboratorio en chip para la medicina personalizada, el desarrollo y la administración de fármacos. El equipo busca nuevos receptores para marcadores de enfermedades y nuevas soluciones para estudiar las interacciones moleculares.

Más información: Katarzyna Szot-Karpińska et al, Investigación de péptidos para el reconocimiento molecular de la proteína C reactiva:estudios teóricos y experimentales, Química analítica (2023). DOI:10.1021/acs.analchem.3c03127

Información de la revista: Química analítica

Proporcionado por la Academia Polaca de Ciencias