Tecnologia Científica

Levitando magneticamente protea­nas para medir com precisão sua densidade
A densidade de protea­nas em solua§a£o éuma quantidade biofa­sica fundamental importante que ainda não foi medida com precisão. Isso levou a um extenso debate na literatura sobre o valor preciso da densidade de protea­nas.
Por Michael Berger - 14/01/2020

A densidade de protea­nas em solução éuma quantidade biofa­sica fundamental importante que ainda não foi medida com precisão. Isso levou a um extenso debate na literatura sobre o valor preciso da densidade de protea­nas. Atéagora, os investigadores tem sido comumente utilizando um valor de densidade média estimada de ~1.35 g / cm 3 para as protea­nas, independentemente da sua natureza ou pesos moleculares.

"Essa manãtrica de densidade aproximada geralmente pode levar a estimativas imprecisas de outras caracteri­sticas fa­sico-químicas e de protea­nas compostas, especialmente após suas interações com outros materiais, como nanoparta­culas", disse Morteza Mahmoudi , professor assistente do programa de saúde de precisão da Michigan State University, a  Nanowerk . "No presente trabalho, demonstramos uma nova técnica usando nanoparta­culas superparamagnanãticas de a³xido de ferro (SPIONs) para levitação magnanãtica (MagLev), que promete uma medição mais precisa da densidade de protea­nas em solução".
Essas descobertas foram publicadas na Analytical Chemistry ( "Protea­nas de plasma magneticamente levitadas" )

Formação de padraµes elipsoidais a partir de protea­nas plasma¡ticas levitadas ao longo do tempo

Formação de padraµes elipsoidais a partir de protea­nas plasma¡ticas levitadas ao longo do tempo, na plataforma MagLev e concentração de SPIONs de 0,06 mg / mL. (Reproduzido com permissão da American Chemical Society)

Este estudo da densidade de moléculas de protea­na em solução revela que a densidade de protea­nas plasma¡ticas em solução não éexclusivamente uma função do peso molecular. Além disso, os cientistas descobriram que a densidade de protea­nas plasma¡ticas em solução tem um valor constante de 1,03 ± 0,02 g / cm 3 , que ésignificativamente menor do que -1,35 g / cm 3 comumente assumido na literatura (originalmente deduzido da hidrodina¢mica). experimentos de compressibilidade adiaba¡tica).

Além disso, pela primeira vez, a equipe usou uma solução de nanoparta­culas de a³xido de ferro superparamagnético (SPIONs) em vez das soluções paramagnanãticas convencionais (por exemplo, GdCl 3 , MnBr 2 , MnCl 2 , etc.).

Esses resultados sugerem que a técnica MagLev pode fornecer informações aºteis sobre a medição de densidades para melhor entender as propriedades fa­sico-químicas de protea­nas (por exemplo, interações protea­na-protea­na) em solução e suas interações com moléculas de águasolvatadoras.

"O uso de soluções SPION em vez de paramagnanãticas pode permitir que o MagLev levite uma ampla variedade de biomoléculas em solução em um período de tempo razoa¡vel (ou seja, algumas horas)", ressalta Mahmoudi. "Portanto, pode abrir caminho para o desenvolvimento de aplicações biomédicas adicionais, incluindo diagnóstico no ponto de atendimento e teste de garantia de qualidade de macromolanãculas".

Os pesquisadores estãoatualmente trabalhando na detecção precoce de vários tipos de doena§as, como esclerose maºltipla e ca¢ncer, usando o MagLev. O controle de qualidade de vários tipos de materiais / produtos éoutra área que pode se beneficiar do uso das técnicas MagLev.

"Uma de nossas próximas etapas de pesquisa seráo estudo do mecanismo exato por trás da formação de maºltiplos padraµes de plasma elipsoidal na plataforma MagLev", diz Mahmoudi. "Planejamos estudar variações configuracionais ou estruturais de protea­nas plasma¡ticas individuais e quaisquer possa­veis interações protea­na-protea­na, que podem causar uma alteração na densidade da solução das protea­nas plasma¡ticas".
Formação de padraµes elipsoidais a partir de protea­nas plasma¡ticas levitadas ao longo do tempo

Perfis de levitação de três pesos moleculares diferentes de protea­nas únicas (lisozima, albumina e imunoglobulina G (IgG)) misturados com cinco densidades padrão(todas as unidades de densidade são g / cm 3 ) microesferas fluorescentes de polietileno fluorescente no sistema MagLev (1 mg / mL concentração de SPIONs). Vale ressaltar que a mudança de cor se deve a  maior concentração empregada de SPIONs em comparação com as outras figuras. (Reproduzido com permissão da American Chemical Society)

Como o MagLev éum manãtodo que funciona com base nas diferenças de densidade dos materiais, pode ser uma técnica ideal para a separação de materiais das misturas.

Além disso, o MagLev éuma técnica robusta e altamente reproduza­vel para resolver uma ampla gama de problemas em física, química, engenharia e biologia, incluindo análise de alimentos e a¡gua, controle de qualidade de materiais, diagnóstico, cinanãtica de reações químicas e auto-avaliação. montagem.

Um dos objetivos da equipe de pesquisa éminiaturizar o sistema MagLev em direção a um dispositivo de ponto de atendimento para detecção de doena§as. Eles alertam, poranãm, que existem dois grandes desafios que precisam ser superados:

Uma éque o tempo necessa¡rio para a levitação depende muito do tamanho dos materiais diamagnanãticos; uma limitação que causa proibitivamente longos tempos de separação devido ao movimento browniano. Essa limitação de tempo e tamanho pode impedir o uso prático do MagLev para muitas aplicações nas quais as separações em curto espaço de tempo dos objetos submicromanãtricos são essenciais.

O outro problema do uso de MagLev em aplicações biológicas / biomédicas éa toxicidade ou biocompatibilidade das soluções paramagnanãticas atuais (por exemplo, GdCl 3 , MnBr 2 , MnCl 2 ). SPIONs biocompata­veis podem ajudar a superar isso.


 

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