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(Foco Nanowerk) Las estructuras metal-orgánicas (MOF) han surgido en los últimos años como una nueva y apasionante clase de materiales con enorme potencial en diversas áreas, como el almacenamiento de gases, la administración de fármacos, la catálisis y la biodetección. Los MOF consisten en iones metálicos conectados por moléculas orgánicas y contienen redes porosas que son ideales para albergar moléculas invitadas. Sus estructuras altamente personalizables y su biocompatibilidad hacen que los MOF sean vehículos prometedores para la administración y liberación terapéutica dirigida.
Uno de los principales objetivos de los investigadores fue empaquetar grandes moléculas biológicamente activas, como proteínas y enzimas, en MOF. Envasar estas delicadas moléculas grandes en MOF las protege de desmoronarse y deteriorarse. Esto permite su uso como terapia y los hace más estables para la catálisis y la biodetección. El empaquetamiento MOF también selecciona tipos de proteínas con tamaños moleculares más grandes y cadenas de azúcar agregadas, lo que aumenta su efectividad.
A pesar del entusiasmo por las combinaciones de proteínas MOF, medir con precisión la eficiencia del empaque siguió siendo un desafío clave. Esta medición es crucial para optimizar estos materiales mixtos. Sin embargo, los investigadores han informado eficiencias de empaquetamiento muy diferentes para mezclas idénticas de proteína y MOF, lo que sugiere que esto depende del método de cuantificación utilizado. Hasta la fecha, no ha habido comparaciones exhaustivas entre técnicas, una brecha que se ha abordado recientemente. Revista de biotecnología Estudio (“Comparación de métodos de cuantificación de proteínas para la encapsulación de proteínas con estructuras organometálicas ZIF-8”).
Cada uno de los métodos de cuantificación anteriores tiene desventajas que los hacen inadecuados para proteínas encapsuladas en MOF. Los ensayos colorimétricos de proteínas como Coomassie y ácido bicinconínico (BCA) sufren interferencias de los componentes MOF. Los enlazadores orgánicos MOF aumentan los niveles de fondo, mientras que los iones metálicos suprimen el desarrollo del color, lo que reduce la sensibilidad. La fluorescencia de microplacas requiere la conjugación de proteínas con etiquetas fluorescentes y agrega pasos adicionales. Las técnicas de gel como SDS-PAGE requieren un manejo extenso y aumentan la variabilidad.
Encontrar métodos precisos para el análisis de encapsulación es fundamental para hacer realidad la promesa de las plataformas MOF. Las enzimas encapsuladas deben mantener su actividad después de cruzar barreras biológicas. Y la eficacia de la encapsulación determina directamente la dosis terapéutica eficaz.
«Identificar un método rápido y eficaz para evaluar la encapsulación de biomoléculas es clave para su aceptación más amplia», subrayan los autores.
Los investigadores evaluaron sistemáticamente varias técnicas de cuantificación comunes utilizando el bien estudiado marco de imidazolato de zeolita MOF-8 (ZIF-8) y la proteína modelo albúmina sérica bovina (BSA). Sintetizaron ZIF-8, que encapsula BSA y la enzima antioxidante catalasa. El equipo evaluó la eficiencia de la encapsulación utilizando microplacas BCA, ensayos de Coomassie y fluorescencia, SDS-PAGE, cromatografía de exclusión por tamaño y espectrometría de masas.
Los resultados mostraron una variabilidad notable entre las diferentes técnicas, lo que sugiere que los niveles de encapsulación dependen en gran medida del método. La cuantificación fluorométrica dio los porcentajes de encapsulación más consistentes con el fondo más bajo. También confirmó el enriquecimiento de proteínas glicosiladas y de alto peso molecular después de la encapsulación de MOF. Sin embargo, el enfoque requiere etiquetar proteínas con etiquetas fluorescentes.
En las pruebas colorimétricas, BCA proporcionó un rango de detección más amplio que Coomassie. Sin embargo, debido a la interferencia del enlazador, BCA fue menos sensible por debajo de 10 μg/ml. Coomassie mostró un rango lineal más estrecho y un fondo más alto en comparación con la detección de fluorescencia. Mientras tanto, la SDS-PAGE y la cromatografía de exclusión por tamaño sufrieron numerosos artefactos en el manejo y procesamiento de muestras.
Los resultados son de gran importancia para evaluar la encapsulación de biomoléculas en MOF a base de imidazol. Este trabajo destaca la urgente necesidad de considerar las limitaciones de las técnicas de cuantificación al diseñar plataformas MOF de proteínas. La detección fluorométrica proporcionó un análisis de encapsulación razonablemente preciso. Sin embargo, es posible que el marcaje fluorescente no sea posible para todas las proteínas, especialmente en pequeñas cantidades.
«Nuestros resultados podrían respaldar el desarrollo de sistemas bio-MOF con datos más precisos y acelerar su uso en catálisis y aplicaciones biomédicas», concluyen los investigadores. Los métodos de cuantificación de encapsulación más eficientes y reproducibles aplicables a diferentes combinaciones de biomoléculas MOF siguen siendo fundamentales para el avance del campo.
Esta rigurosa comparación de métodos reveló diferencias sorprendentes en la evaluación de la eficiencia de encapsulación de MOF. El estudio enfatiza que los investigadores deben elegir cuidadosamente las técnicas de cuantificación al desarrollar compuestos de proteína-MOF para aprovechar todo su potencial. Determinar con precisión los niveles de encapsulación ayudará a transformar materiales MOF prometedores en tecnologías transformadoras del mundo real.
De
Miguel
Berger
– Michael es autor de tres libros de la Royal Society of Chemistry: Nano-Society: Pushing the Boundaries of Technology, Nanotechnology: The Future is Tiny y Nanoengineering: The Skills and Tools Making Technology Invisible Copyright ©
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