Pequeñas partículas de solo una millonésima de milímetro de diámetro llamadas nanopartículas abundan en la ropa que usamos e incluso en los alimentos que comemos. Una nueva investigación publicada en PCCP indica que las nanopartículas pueden cambiar su unión en las superficies a proteínas abundantes en la sangre dependiendo de si la proteína está unida a moléculas de grasa en ese momento. Los hallazgos indican cómo las nanopartículas interactúan con las proteínas de la sangre en el cuerpo al influir en la eficiencia del transporte de nanopartículas a las superficies.
El trabajo subyace en muchos aspectos de la adhesión proteína-nanopartícula. Por ejemplo, la incertidumbre rodea la seguridad de las nanopartículas en los humos de los vehículos y una gama de productos cotidianos. A los toxicólogos les preocupa que la exposición pueda llevar a que las nanopartículas ingresen al torrente sanguíneo y se agreguen en el hígado, obstaculizar el funcionamiento del órgano. Sin embargo, También hay mucho interés en el uso de nanopartículas en medicina para administrar medicamentos a regiones subcelulares específicas. como el núcleo.
En una nueva investigación, Científicos de la Universidad Nacional de Australia y el Institut Laue-Langevin (ILL) probaron un posible mecanismo para la unión de nanopartículas, conocida como la hipótesis de la 'corona de proteínas'. Esta teoría sugiere que las nanopartículas pueden ingresar a las células porque se unen y quedan recubiertas por proteínas, disfrazándolos de los receptores. Una incertidumbre clave fue si esta estructura de corona también prevalecía en las superficies o si había un comportamiento diferente.
A diferencia de muchos experimentos con cristales de proteínas, estos experimentos se llevaron a cabo en entornos que imitaban más de cerca la sangre humana. Usaron nanopartículas de sílice de solo 20 nanómetros de diámetro, similares a los que se encuentran en la industria, en soluciones tampón acuosas que involucran sales a niveles fisiológicos para ver cómo interactúan con la proteína más abundante en nuestra sangre, Albúmina de suero humano (HSA). La función principal de HSA es unirse a las moléculas de grasa en la sangre y transportarlas a diferentes partes del cuerpo. y esta unión hace que la proteína cambie de forma. En esta investigación se estudiaron ambos tipos de HSA, con y sin grasa, para investigar si interactuaban con las nanopartículas en las superficies de manera diferente.
Se llevaron a cabo dos experimentos complementarios en la mezcla de nanopartículas-proteína-tampón para analizar diferentes aspectos del proceso.
Los resultados mostraron que varios factores son importantes en la unión. Primeramente, la carga de la nanopartícula de sílice determina cómo interactúa con la proteína en las superficies. Las partículas de sílice utilizadas en el estudio tenían una ligera carga negativa y se sintieron atraídas por los dominios cargados positivamente de HSA a pesar de que también tiene una carga neta negativa. Sin embargo, la forma grasa de la proteína tiene su carga modificada por la propia grasa, y en ese caso solo las interacciones superficiales eran independientes de la relación proteína:nanopartícula en la solución. En segundo lugar, la forma grasa de la proteína es más estable y tiene menos probabilidades de desarrollarse. Como resultado, la proteína es menos capaz de transportar nanopartículas a la interfaz para adoptar conformaciones óptimas en la interfaz cuando cambia la concentración efectiva de nanopartículas. Estos resultados sugieren que el diseño de la superficie podría ser importante para minimizar los efectos tóxicos de las nanopartículas y también para maximizar el potencial terapéutico de tales partículas.
Profesor John White, Catedrático de Química Física y Teórica, Escuela de Investigación de Química, Universidad Nacional de Australia, dice, "Dado que los resultados tóxicos se han correlacionado con el tamaño pequeño y los problemas de acumulación de partículas, los experimentos se han realizado en pequeñas nanopartículas de sílice producidas industrialmente que se encuentran comúnmente disponibles. Apuntan a agrupaciones estables de proteínas y nanopartículas en interfaces que son sensibles a propiedades muy sutiles de la unión. proteína ".
Dr. Richard Campbell, Científico de instrumentos FIGARO, ENFERMO, dice, "Una parte fundamental de la investigación fue poder realizar las mediciones en moléculas de proteínas en condiciones cercanas a su entorno fisiológico. Los estudios estructurales de proteínas a menudo requieren que la molécula esté en una forma cristalina no natural, pero el poderoso reflectómetro FIGARO en el ILL lo permitió nosotros para estudiar la interacción de HSA con nanopartículas en la superficie libre de una solución tampón que imita más de cerca a la sangre ".
metodos experimentales
La cantidad de deuterio ("hidrógeno pesado") en la solución tampón se modificó para aprovechar una propiedad llamada variación de contraste isotópico. Los neutrones se dispersan de manera diferente por los átomos de hidrógeno y deuterio y modificando la proporción de H2O a D2O en el búfer, la señal de reflexión de las moléculas en cuestión se puede mejorar en relación con la dispersión de la solución. Esto permite la adquisición de información estructural y de composición única que no puede ser determinada por ninguna otra técnica experimental.
