Com base em exames de sangue, é possível detectar doenças genéticas raras, reconhecer o câncer ou determinar o nível de inflamação no corpo. Além disso, devido ao rápido desenvolvimento de diagnósticos médicos baseados na análise de biofluidos, muitos esforços estão a ser feitos em todo o mundo para adaptar abordagens médicas, tornando a medicina personalizada o paradigma dos futuros cuidados de saúde.



Seguindo nesta direção, cientistas do Instituto de Físico-Química da Academia Polaca de Ciências (IPC PAS) apresentaram a sua investigação sobre péptidos únicos para utilização em novos sensores para a detecção rápida e simples de muitas doenças.

A inflamação é o mecanismo de defesa natural do corpo contra patógenos ou substâncias químicas nocivas que causam sintomas agudos, como dor, inchaço, vermelhidão ou hematomas. Esse mecanismo envolve a intensa produção pelo corpo de moléculas específicas, como as citocinas, que são usadas contra infecções, e a inflamação pode ser facilmente diagnosticada com esses sintomas.

No entanto, algumas reações inflamatórias não são visíveis e podem durar muito mais tempo do que uma infecção repentina. Se as células inflamatórias permanecerem por muito tempo, pode ocorrer inflamação crônica. A inflamação crônica pode indicar uma variedade de problemas de saúde, incluindo doenças autoimunes e câncer, que são difíceis de superar.

A detecção do processo inflamatório no corpo pode ser facilmente realizada a partir do sangue, enquanto o monitoramento do curso da inflamação é uma história completamente diferente. Normalmente, a taxa de infecção é avaliada concentrando-se no nível de proteína C reativa conhecida como PCR, um biomarcador comum de início precoce para várias condições inflamatórias no corpo.

Seu aparecimento no plasma baseia-se na resposta do organismo ao aumento do nível de citocinas durante a inflamação, quando o fígado produz PCR. Seu nível também pode distinguir a causa da inflamação; por exemplo, o aumento no nível de PCR pode estar relacionado a infecções virais, enquanto muito alto é característico de infecções bacterianas.

Os níveis sanguíneos desta molécula em forma de anel mudam rápida e pronunciadamente com qualquer defesa contra inflamação, não apenas para infecções, mas também como resposta a danos nos tecidos que também desencadeiam inflamação em todos os tipos de tecidos. Até agora, a monitorização dos níveis de PCR pode fornecer informações valiosas e precisas sobre a progressão da doença.

Seguindo este campo, uma pesquisadora do IPC PAS, Dra. Katarzyna Szot-Karpińska, estudou as interações proteína-peptídeo, particularmente entre a PCR e os materiais de ligação à PCR. Ela se concentrou nos peptídeos devido à sua maior estabilidade em condições adversas de degradação, menor custo e possibilidade de uso mais eficiente em sensores biomédicos do que os anticorpos, que são os receptores de PCR mais comuns.

Em artigo publicado na revista Analytical Chemistry , os pesquisadores usaram um método de exibição de fagos para identificar fagos que se ligam à CRP. A identificação de tais fagos permite a determinação da sequência de peptídeos expostos na superfície dos fagos com alta afinidade para a PCR.

Um dos principais impulsionadores do estudo foi a questão do monitoramento da inflamação de longo prazo usando uma plataforma eletroquímica modificada com moléculas estáveis ​​como alternativa aos anticorpos. Os peptídeos selecionados foram sintetizados e completamente caracterizados, e suas interações com a PCR foram estudadas, resultando na identificação das três moléculas de ligação à PCR derivadas de fagos mais promissoras.

O peptídeo com maior afinidade pela PCR foi imobilizado em eletrodos para posterior utilização como sensor eletroquímico de PCR. Técnicas biológicas e físico-químicas foram utilizadas para compreender os mecanismos de interação proteína-peptídeo e proteína-peptídeo.

Katarzyna Szot-Karpińska, uma cientista que trabalha neste projeto, disse:"Em nossos estudos, pela primeira vez, demonstramos que um único peptídeo de 12 mer identificado em uma biblioteca de fagos foi usado para reconhecimento de CRP. Os peptídeos identificados foram caracterizados, e suas interações com CRP foram estudadas para aplicação em uma plataforma de detecção mostrando a nova abordagem para o desenvolvimento de sensores biomédicos."

Os resultados foram surpreendentes, mostrando um novo campo para a pesquisa eletroquímica. O novo material no eletrodo apresentou afinidade até duas ordens de grandeza maior pela PCR do que os anticorpos usados ​​no ELISA. Além disso, a eficiência de detecção foi promissora para o peptídeo selecionado, mesmo na presença de três proteínas interferentes. Além disso, não foram necessários produtos químicos adicionais, tornando a detecção mais ecológica do que com técnicas clássicas.

Além disso, as simulações teóricas, incluindo análises de modelagem computacional realizadas em colaboração com o Prof. Sławomir Filipek da Universidade de Varsóvia, foram implementadas para complementar os estudos biológicos e físico-químicos e produziram resultados surpreendentes.

Estudos in silico explicaram as especificidades da ligação de determinados peptídeos à PCR. Os resultados mostram qual peptídeo de uma lista de opções é o melhor ligante de PCR e confirmam o estudo experimental. Até o momento, a combinação de estudos experimentais e teóricos otimizou o processo de triagem, acelerando assim a pesquisa.

"O valor agregado deste trabalho é a integração de métodos experimentais com análise de modelagem computacional. A modelagem a partir de sequências de aminoácidos conhecidas de peptídeos confirma que o peptídeo P3 é o melhor ligante para PCR. Tal abordagem combinada não foi relatada anteriormente e demonstra como os métodos numéricos/análise in silico podem substituir ou aprimorar técnicas experimentais laboriosas."

"Usar o acoplamento molecular para identificar os melhores ligantes elimina a aplicação de produtos químicos, o que é vital para o desenvolvimento de uma química mais verde. Este estudo valida a abordagem numérica para identificar propriedades de ligação de peptídeos e representa um passo importante no caminho para sensores baseados em peptídeos. Além disso, se soubermos como funciona o docking, no futuro poderemos adaptar a sequência do peptídeo alterando, por exemplo, um dos aminoácidos para obter a melhor molécula de ligação ao alvo estudado, como biomarcadores de doenças", diz o Dr. Szot Karpinska

Tal abordagem computacional para detecção de PCR usando peptídeos nunca foi descrita antes e ilustra uma nova tendência na pesquisa em que os cálculos podem apoiar técnicas experimentais árduas.

O método proposto permite monitorar o curso da inflamação, possibilitando verificar o nível de PCR de forma seletiva e sensível, utilizando moléculas muito menores e mais estáveis ​​do que as utilizadas atualmente. Este trabalho não seria possível sem envolver muitos métodos e técnicas diferentes de vários campos, provando a profunda necessidade de interdisciplinaridade na ciência, especialmente na protecção da saúde.

Mostra a importância de combinar estudos experimentais com um estudo aprofundado das interações intermoleculares. A pesquisa descrita pode ser uma virada de jogo no diagnóstico e tratamento da inflamação, especialmente no caso de cursos de inflamação de longo prazo ou mesmo de novos dispositivos lab-on-the-chip para medicina personalizada, desenvolvimento e administração de medicamentos. A equipe procura novos receptores para marcadores de doenças e novas soluções para estudar interações moleculares.

Mais informações: Katarzyna Szot-Karpińska et al, Investigação de Peptídeos para Reconhecimento Molecular de Proteína C Reativa – Estudos Teóricos e Experimentais, Química Analítica (2023). DOI:10.1021/acs.analchem.3c03127
Informações do diário: Química Analítica

Fornecido pela Academia Polonesa de Ciências