Os pesquisadores da Rice University descobriram que a adsorção da transferrina à interface de náilon na cromatografia (parte superior) induz o desdobramento parcial da proteína (parte inferior). Esse desdobramento é potencializado na presença de sal. Controlar o processo pode ajudar a construir melhores modelos para prever a separação de proteínas, um processo crítico na fabricação de medicamentos. Crédito:Landes Research Group / Rice University
Com muito trabalho duro e uma pitada de sal, Os cientistas da Rice University deram um passo para simplificar a fabricação de medicamentos.
A química de arroz Christy Landes e seus colegas relataram no Proceedings of the National Academy of Sciences sua estratégia para tornar a separação de proteínas baseada em membrana de polímero mais eficiente.
“Custa cerca de US $ 3 bilhões para levar um medicamento à base de uma proteína biológica ao consumidor, "Landes disse." E cerca de metade disso pode ser porque a purificação é feita por tentativa e erro. Bilhões de dólares são desperdiçados todos os anos porque não há como projetar de forma preditiva um esquema de separação para uma proteína. "
O laboratório Rice está desenvolvendo modelos para prever como o ajuste do comportamento de proteínas individuais em interfaces de membrana afetará a separação.
Por meio de suas pesquisas, eles descobriram como usar sal para ajustar duas interações distintas entre um suporte de fase estacionária de náilon e uma proteína modelo, transferrina, ajuda a tornar as separações mais eficientes.
Os pesquisadores se concentraram no sal, porque "salting out" é uma etapa comum na cromatografia, um processo padrão da indústria pelo qual os elementos em uma solução são separados, ou "purificado". Os filtros podem ser materiais naturais como solo, absorventes como celulose ou, cada vez mais, polímeros, incluindo nylon.
Uma ilustração mostra dois modos de interação de transferrina-náilon, um mecanismo de "salto" conhecido como CTRW (laranja) e adsorção-dessorção de site único (azul). Os químicos da Rice University mostraram como o sal modifica as interações de superfície na cromatografia usada para separar as proteínas da droga e sugeriram que a limitação da difusão do CTRW na fase estacionária melhoraria a separação. Crédito:Landes Research Group / Rice University
"Pense nesses filtros como paradas ao longo de uma rodovia, "disse o co-autor Logan Bishop, que combinou suas simulações com experimentos do autor principal Nicholas Moringo. Ambos são bolsistas de graduação da National Science Foundation (NSF) na Rice.
"A primeira parada separa as grandes plataformas, a próxima parada fica com as caminhonetes, e, eventualmente, você fica com os carros normais que deseja, "Bishop disse." Aqui, estamos falando sobre todas as diferentes forças que separam diferentes componentes conforme uma mistura se move pela coluna. "
O sal dissolvido cria íons solvatados que interagem com as proteínas e os ajustam para parar e interagir com a coluna de cromatografia ou mover-se através da coluna. No final da salga, a proteína desejada pode ser extraída da coluna com um solvente e disponibilizada para outras etapas de purificação.
Exatamente como o sal influencia a separação é apenas uma questão que os pesquisadores esperam responder por meio de seus experimentos e simulações. "A coisa mais importante que fizemos neste artigo foi casar as observações de proteínas individuais interagindo na interface de náilon para compreender exatamente como elas interagem, "Landes disse." Nossas simulações agora nos permitem prever as eficiências de separação aprimoradas sob condições realistas. "
Os pesquisadores identificaram forças concorrentes na superfície do náilon que podem ser ajustadas pela concentração de sal. As observações revelaram que as proteínas de transferrina dobradas tendiam a saltar em torno do náilon, mas eles se desdobram parcialmente uma vez presos à membrana. Concentrações mais altas de sal os desdobram ainda mais, diminuindo o salto e permitindo as interações de membrana para melhorar a eficiência de separação.
Nicholas Moringo, deixou, e Logan Bishop, ambos bolsistas de graduação da National Science Foundation na Rice University, discutir um detalhe em seu trabalho para refinar modelos de como o sal modifica as interações de superfície na cromatografia usada para separar proteínas valiosas de drogas. A pesquisa pode ser um passo para simplificar a fabricação de medicamentos. Crédito:Jeff Fitlow / Rice University
“O sal afina a distribuição dessas duas formas de interação, e também muda a estrutura da proteína na interface, "Landes disse." Mas cada um é apenas uma parte da competição na escala micro que dá o efeito macroscópico. É por isso que é tão caro otimizar o processo com tentativa e erro. "
"Gostaríamos de poder testar uma biblioteca de químicas de superfície em diferentes condições de uma só vez em uma lamínula, para que possamos identificar as condições ideais de separação, "Moringo disse." Então podemos usar a simulação para prever qual resposta combinatória em seu chip será a certa para otimizar a separação. "
Levará anos antes que as simulações incorporem todos os parâmetros possíveis, mas é uma jornada que vale a pena fazer para melhorar o design e a fabricação de medicamentos, Bishop disse. "O modelo não é complexo o suficiente, e há um argumento de que nunca seremos capazes de igualar a complexidade do processo de cromatografia, ", disse ele." Mas nossa esperança é que possamos chegar a uma aproximação suficiente para começar a cortar alguns desses custos e chegar mais perto de uma solução real. "
Landes observou que as empresas farmacêuticas dominaram suas técnicas atuais, tanto quanto eles vão. "Ninguém sabe melhor do que engenheiros industriais como otimizar um processo para obter o máximo de resultados com o mínimo de dinheiro, contanto que permaneçam no caminho que vêm seguindo há 70 anos, "disse ela." Mas estamos nos movendo para um caminho de transformação. É para isso que serve a pesquisa acadêmica. "
