Partículas minúsculas com apenas um milionésimo de milímetro de diâmetro, chamadas de nanopartículas, são abundantes nas roupas que vestimos e até mesmo nos alimentos que comemos. Uma nova pesquisa publicada no PCCP indica que as nanopartículas são capazes de alterar sua ligação em superfícies a proteínas abundantes no sangue dependendo se a proteína está ligada a moléculas de gordura no momento. As descobertas indicam como as nanopartículas interagem com as proteínas do sangue no corpo, influenciando a eficiência do transporte das nanopartículas para as superfícies.
O trabalho fundamenta muitos aspectos da adesão proteína-nanopartícula. Por exemplo, a incerteza envolve a segurança das nanopartículas na fumaça dos veículos e em uma variedade de produtos de uso diário. Os toxicologistas estão preocupados que a exposição possa levar a nanopartículas entrando na corrente sanguínea e se agregando no fígado, dificultando o funcionamento do órgão. Contudo, também há muito interesse no uso de nanopartículas na medicina para entregar medicamentos a regiões subcelulares específicas, como o núcleo.
Em uma nova pesquisa, cientistas da Australian National University e do Institut Laue-Langevin (ILL) testaram um possível mecanismo para ligação de nanopartículas, conhecida como a hipótese da 'corona da proteína'. Esta teoria sugere que as nanopartículas são capazes de entrar nas células porque se ligam e ficam envolvidas por proteínas, disfarçando-os de receptores. Uma das principais incertezas era se essa estrutura corona também prevalecia nas superfícies ou se havia um comportamento diferente.
Ao contrário de muitos experimentos com cristais de proteína, esses experimentos foram conduzidos em ambientes que imitavam mais de perto o sangue humano. Eles usaram nanopartículas de sílica com apenas 20 nanômetros de diâmetro, semelhantes aos encontrados na indústria, em soluções tampão aquosas envolvendo sais em níveis fisiológicos para ver como eles interagem com a proteína mais abundante em nosso sangue, albumina de soro humano (HSA). O papel principal da HSA é ligar-se às moléculas de gordura no sangue e transportá-las para diferentes partes do corpo, e essa ligação faz com que a proteína mude de forma. Ambos os tipos de HSA - com e sem gordura - foram estudados nesta pesquisa para investigar se eles interagiam com as nanopartículas em superfícies de forma diferente.
Dois experimentos complementares foram conduzidos na mistura tampão-proteína-nanopartícula para analisar diferentes aspectos do processo.
Os resultados mostraram que vários fatores são importantes na ligação. Em primeiro lugar, a carga na nanopartícula de sílica determina como ela interage com a proteína nas superfícies. As partículas de sílica usadas no estudo tinham uma leve carga negativa e foram atraídas para os domínios carregados positivamente de HSA, embora também tenha uma carga negativa líquida. No entanto, a forma gordurosa da proteína tem sua carga modificada pela própria gordura, e, nesse caso, apenas as interações de superfície foram independentes da relação proteína:nanopartícula na solução. Em segundo lugar, a forma gordurosa da proteína é mais estável e menos propensa a se desenvolver. Como resultado, a proteína é menos capaz de transportar nanopartículas para a interface a fim de adotar conformações ótimas na interface quando a concentração efetiva de nanopartículas muda. Esses resultados sugerem que o design da superfície pode ser importante para minimizar os efeitos tóxicos das nanopartículas e também maximizar o potencial terapêutico de tais partículas.
Professor John White, Professor de Química Física e Teórica, Escola de Pesquisa de Química, Australian National University, diz, "Como os resultados tóxicos foram correlacionados com o tamanho pequeno e os problemas de acúmulo de partículas, os experimentos foram feitos em pequenas nanopartículas de sílica produzidas industrialmente. Eles apontam para um agrupamento estável de proteína-nanopartícula em interfaces que são sensíveis a propriedades muito sutis do anexo proteína. "
Dr. Richard Campbell, Cientista do instrumento FIGARO, DOENTE, diz, "Uma parte crítica da pesquisa foi ser capaz de realizar medições em moléculas de proteína em condições próximas ao seu ambiente fisiológico. Estudos estruturais em proteínas muitas vezes exigem que a molécula esteja em uma forma cristalina não natural, mas o poderoso refletômetro FIGARO no ILL permitiu -nos estudar a interação de HSA com nanopartículas na superfície livre de uma solução tampão que imitava mais de perto o sangue. "
Métodos experimentais
A quantidade de deutério - 'hidrogênio pesado' - na solução tampão foi alterada para explorar uma propriedade chamada variação de contraste isotópico. Os nêutrons são espalhados de forma diferente por átomos de hidrogênio e deutério e, modificando a razão de H2O para D2O no tampão, o sinal de reflexão das moléculas em questão pode ser aumentado em relação ao espalhamento da solução. Isso permite a aquisição de informações estruturais e de composição únicas que não podem ser determinadas por nenhuma outra técnica experimental.
