Un nuevo estudio dirigido por expertos en nanotecnología y biotecnología del Instituto Politécnico Rensselaer proporciona detalles importantes sobre cómo las proteínas de nuestro cuerpo interactúan con los nanomateriales. En su nuevo estudio, publicado en la edición en línea del 2 de febrero de la revista Nano letras, los investigadores desarrollaron una nueva herramienta para determinar la orientación de proteínas en diferentes nanoestructuras. El descubrimiento es un paso clave en el esfuerzo por controlar la orientación, estructura, y función de las proteínas en el cuerpo utilizando nanomateriales.
"Hasta la fecha, se sabe muy poco sobre cómo las proteínas interactúan con una superficie a nanoescala, "dijo Jonathan Dordick, director del Centro de Biotecnología y Estudios Interdisciplinarios de Rensselaer (CBIS), el Profesor Howard P. Isermann '42 de Ingeniería Química y Biológica, y coautor correspondiente del estudio. "Con una mejor comprensión de cómo interactúa una proteína con una superficie, podemos desarrollar superficies a nanoescala personalizadas y diseñar proteínas que pueden realizar una variedad de tareas asombrosas en el cuerpo humano ".
Los investigadores buscan utilizar la nanotecnología en una variedad de aplicaciones biológicas y médicas, que van desde biosensores que pueden detectar cáncer en el cuerpo hasta andamios que ayudan a desarrollar nuevos tejidos y órganos, según los investigadores. Dichas tecnologías implican la interacción entre células biológicas y materiales a nanoescala no biológicos. Estas interacciones están controladas en parte por proteínas en la interfaz entre los dos materiales. A un nivel tan minúsculo, el cambio más mínimo en la estructura de un material puede cambiar enormemente las proteínas involucradas y, por lo tanto, alterar la forma en que las células del cuerpo humano responden al nanomaterial. De hecho, las proteínas se encuentran entre las moléculas más complejas (e inconstantes) de nuestro cuerpo, cambiando rápidamente su orientación o estructura y, por lo tanto, su capacidad para interactuar con otras moléculas. Controlar su orientación y estructura a través de sus interacciones con nanomateriales es esencial para su uso confiable y seguro en las nuevas biotecnologías. según Dordick.
"Hemos aprendido durante la última década a crear nanomateriales con una amplia variedad de estructuras controladas, y hemos descubierto y comenzado a aprender cómo estas estructuras pueden impactar positivamente la actividad celular, "dijo Richard Siegel, el profesor Robert W. Hunt de ciencia e ingeniería de materiales en Rensselaer, director del Centro de Nanotecnología Rensselaer, y coautor correspondiente del estudio. "Al aprender más sobre el papel de las interacciones nanoestructura-proteína que causan este impacto, en el futuro podremos aprovechar este conocimiento para beneficiar a la sociedad a través de una mejor atención médica. Además de mejorar la atención médica, este trabajo también ayudará a permitir la fabricación de una amplia gama de nuevos materiales compuestos jerárquicos, basados en polímeros sintéticos, biomoléculas, y nanoestructuras, que revolucionarán nuestra capacidad para resolver muchos problemas críticos que enfrenta la sociedad en todo el mundo ".
Lo que los investigadores encontraron en este y en sus estudios anteriores fue que el tamaño y la curvatura de la nano-superficie cambiaron en gran medida la forma en que las proteínas se orientaban en las superficies y cambiaron su estructura. y esto influyó en la estabilidad de las proteínas. Descubrieron que las nanoestructuras con superficies más pequeñas y curvas favorecían las orientaciones de las proteínas que daban como resultado proteínas más estables que las estructuras con superficies más grandes y planas.
Para llegar a estas conclusiones, los investigadores investigaron varias proteínas bien estudiadas, incluido el citocromo c, RNasa A, y lisozima y monitorearon su adsorción en nanopartículas de sílice de diferentes tamaños. En este último trabajo, modificaron químicamente las proteínas adsorbidas para formar "etiquetas" químicas que proporcionaron a los investigadores información importante sobre cómo las proteínas se adsorbían en diferentes superficies de sílice. Cuando se estudiaron los nanomateriales y las proteínas mediante espectrometría de masas, las etiquetas proporcionaron nueva información valiosa sobre la orientación de la superficie de las proteínas. La espectrometría de masas analiza la distribución de masa de un material para determinar su composición elemental y características estructurales, y era muy sensible a las etiquetas químicas añadidas a las proteínas.
