Simple biochemistry for complex protein-based materials
Les cèl·lules són entitats capaces de construir increïbles estructures supramoleculars jerarquitzades amb funcions ubiqües i imprescindibles, sent els complexos basats en proteïnes els principals efectors d’un ampli ventall de reaccions biològiques. Els científics van començar a replicar aquests pro...
| Autor: | |
|---|---|
| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Estado: | Versión publicada |
| Fecha de publicación: | 2023 |
| País: | España |
| Institución: | CBUC, CESCA |
| Repositorio: | TDR. Tesis Doctorales en Red |
| OAI Identifier: | oai:www.tdx.cat:10803/690077 |
| Acceso en línea: | http://hdl.handle.net/10803/690077 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Materials Proteics Materiales Proteicos Protein-based Materials Cations Divalents - Cua d'Histidines Cationes Divalentes - Cola de Histidinas Divalent Cations - Histidine tag Ensamblatge Controlat Ensamblaje Controlado Controlled Assembling Ciències Experimentals 577 |
| Sumario: | Les cèl·lules són entitats capaces de construir increïbles estructures supramoleculars jerarquitzades amb funcions ubiqües i imprescindibles, sent els complexos basats en proteïnes els principals efectors d’un ampli ventall de reaccions biològiques. Els científics van començar a replicar aquests processos naturals amb l’objectiu de comprendre millor com utilitzar les proteïnes en forma d’eines biotecnològiques per a solucionar les creixents necessitats mèdiques actuals. Proteïnes de diferents orígens es van començar a produir i purificar com a entitats recombinants, principalment fusionades a cues d’histidines, convertint-se en el punt focal d’una nova revolució tecnològica. La constant optimització de les metodologies d’enginyeria de proteïnes va permetre dissenyar racionalment proteïnes multidomini capaces d’adaptar-se i respondre eficaçment a un entorn canviant. Els productes resultants es van implantar amb èxit com a fàrmacs humans (p. ex., Aflibercept, Denileukin...), encara que amb les seves pròpies limitacions, com ara una ineficient biodistribució i baixa vida mitjana en el torrent sanguini. La nanobiotecnología va sorgir com una alternativa viable per a garantir l’adequada interacció d’aquestes proteïnes modulars (i altres biomolècules) amb el món subcelular, i assegurar així una correcta biodistribució i la conseqüent eficàcia del tractament (p. ex., Abraxane). Per aquest motiu, s’ha desenvolupat un nou conjunt de biomaterials amb la idea de garantir l’adequat direccionament i eficàcia del tractament, minimitzant al mateix temps els possibles efectes adversos. Dos de les estratègies més representatives inclouen, (a) un principi d’autoensamblatge de nanopartícules proteiques mitjançant l’ús d’un pèptid catiònic i una cua d’histidines, i (b) un principi d’autoensamblatge a mode de cossos d’inclusió (és a dir, micropartícules que alliberen proteïna de forma sostinguda). Totes dues estratègies han anat mostrant resultats biomèdics prometedors, encara que al mateix temps considerables limitacions, com (1) baixa reproductibilitat entre lots (és a dir, control de la grandària final), (2) baix control del procés d’ensamblatge (és a dir, control de l’estat oligomèric), (3) versatilitat restringida durant la formulació, (4) problemes de biocompatibilitat, (5) complexitat en la fabricació, i (6) problemes d’homogeneïtat del producte. Aquesta tesi s’ha centrat en explorar un principi bioquímic nou i simple per a formular materials proteics versàtils, no tòxics i eficients, amb la idea de solucionar les limitacions esmentades fins ara. La coordinació de cations divalents amb les cues d’histidines ha aparegut com un mètode racional, eficaç i fàcil per a fabricar materials proteics que permeten crear estructures tant nano com micro -particulades de major complexitat. Els productes resultants es mantenen homogenis, estables (enfront a temperatura i enfront a diferents agents químics) i la seva fabricació és reproduïble entre lots. El procediment implementat és versàtil i robust, sent així una gran millora respecte als procediments anteriors. El procés de manufactura es basa en un ensamblatge controlat que permet un direccionament i biodistribució eficients de l’agent terapèutic (de forma dirigida i evitant el filtrat renal), i una formulació senzilla; a més de considerar en tot moment els possibles problemes de biocompatibilitat. D’altra banda, aquesta nova plataforma ha estat validada en diferents camps biomèdics (com ara el direccionament dirigit de fàrmacs, enginyeria de teixits, biocatàlisis i el tractament de malalties infeccioses). En resum, i tenint en compte les limitacions encara presents i per resoldre, hem aconseguit desenvolupar un principi bioquímic simple, basat en la coordinació de cations divalents amb cues d’histidines, que promou l’ensamblatge controlat de proteïnes (tant nano com micro -estructurades) on la versatilitat funcional, la robustesa i la transversalitat del sistema han estat reiteradament demostrades. |
|---|