Loading

Module 1: Adsorbimento proteico

Note di Apprendimento
Study Reminders
Support
Text Version

Proteine Pre - Absorbite

Set your study reminders

We will email you at these times to remind you to study.
  • Monday

    -

    7am

    +

    Tuesday

    -

    7am

    +

    Wednesday

    -

    7am

    +

    Thursday

    -

    7am

    +

    Friday

    -

    7am

    +

    Saturday

    -

    7am

    +

    Sunday

    -

    7am

    +

Video:

Salve a tutti, benvenuti a un'altra lezione per la Drug Delivery Engineering and Principles. Solo un rapido recap di quello che abbiamo imparato nell'ultima classe.
(Riferimento Slide Time: 00.37)

Allora, parlavano di adsorbimento proteico - perché lo stiamo facendo perché vogliamo capire cosa succede quando si mette in corpo qualsiasi materiale estranea o a contatto con qualsiasi tipo di fluido corporeo. Diciamo se questo è il mio corpo che sto inserendo, e la prima cosa verrà a contatto con naturalmente, il fluido e la parte maggiore del fluido nel nostro corpo non è essenzialmente nulla, ma l'acqua e poi la prossima componente maggiore sono le proteine.
Quindi, tutte quelle proteine che sono presenti in un fluido cominceranno ad interagire con questa particolare superficie e poi a seconda di come è la superficie - che sia idrofobica o idrofila queste proteine poi tenderanno ad adsorare su diverse aree e una diversa conformazione su questa superficie e solo poi le cellule che sono di nuovo nelle vicinanze entreranno e inizieranno ad interagire con la superficie attraverso queste proteine adsorate.

Quindi, le cellule in realtà non vedono molto bene la superficie. Quello che vedono è in realtà lo strato proteico adsorbito attraverso il quale inizieranno ad interagire.
Quindi, ecco perché diventa molto importante perché qualunque sia la cellula a vedere non è in realtà nulla, ma la proteina assorbita. Quindi, dobbiamo studiare cosa sia effettivamente questa proteina assorbita e come può essere modulata per ottenere quella funzione desiderata. E così allora abbiamo parlato nel processo di capire quale sia l'assorbimento proteico sia per primo che una superficie? Allora, cosa definisce una superficie? Come facciamo a sapere che è una superficie è un'interfaccia tra qualunque sia il mezzo che gli è stato presentato. Abbiamo parlato di quello che sono i surfattanti.
Quindi, ancora cosa sono i surfacanti? I surfattanti non sono altro, ma molecole che hanno sia domini idrofili che idrofobi e possono separare i domini idrofili e idrofobi e sostanzialmente lasciarci dire se dico questo è olio, questa è l'acqua poi questi surfactants allineeranno essenzialmente questa interfaccia con il dominio idrofobico andando verso la fase petrolifera e il dominio idrofilo che va verso la fase dell'acqua.
E così di nuovo questo diventa importante perché quello che stiamo dicendo sono le proteine sono dei surfactanti lievi perché contengono diversi aminoacidi su quasi tutte le proteine con grandi strutture avranno circa 20 aminoacidi, tutti e 20 gli aminoacidi. E poi questi 20 aminoacidi alcuni sono idrofili, alcuni sono idrofobi anche all'interno della struttura dell'aminoacido ci sono domini idrofili e idrofobi e a causa di queste proteine agiscono come lievi surfactanti e la loro struttura cambierà a seconda di quale medium siano. Quindi, se trovano domini idrofobi o superfici idrofobiche ciò che accadrà sono i domini idrofobici inizieranno ad uscire e a interagire con quelle superfici idrofobiche.
Ecco, per questo abbiamo studiato i tensioattivi. Poi abbiamo parlato di folding proteico che è di nuovo una cosa molto legata. Quindi, nel processo naturale diciamo se stiamo parlando in celle che non sono altro, ma un mezzo acquoso. Diciamo che questa è la proteina grezza. Quindi, il folding delle proteine sarà in modo tale che tutti questi domini esterni saranno idrofili e il motivo è perché questi domini esterni dovranno interagire con l'acqua presente nel circostante.
Quindi, amano interagire con l'acqua. Ecco allora che tutti questi domini idrofili arriveranno fuori e poi tutto questo dominio interiore sarà idrofobico e di nuovo lo stesso motivo per cui questi domini non vogliono davvero interagire con l'acqua presente all'esterno.
Quindi, vogliono seppellirsi e impedire qualsiasi tipo di interazione con l'acqua esterna. Ecco, ecco perché la piegatura delle proteine diventa importante perché ora quello che stiamo dicendo è quando questa particolare proteine ora inizia improvvisamente a vedere una superficie idrofobica, questi domini tenderanno ad uscire e poi questi domini tenderanno ad allontanarsi ed è per questo che il folding delle proteine cambierà.
Ecco, per questo abbiamo studiato piega proteica. Proprio in brevissimi termini intendo piegare le proteine è un fenomeno molto complesso in un intero corso può essere progettato su di esso, ma quello di cui abbiamo parlato sono solo alcuni concetti generali del modo in cui queste proteine si piegano.
(Riferimento Slide Time: 05.06)

Allora, avendo fatto tutto ciò e avendo stabilito che queste superfici possono modulare il folding proteico e l'adsorbimento proteico, un altro concetto che ora viene utilizzato in campo piuttosto molto è il pre - adsorbimento di queste proteine alle superfici e perché mai dovrebbe farlo? Quindi, diciamo se ho una superficie e voglio che questa superficie segnali le cellule in un certo modo. Quindi, intendo se ho una cellula che interagiterà con esso e voglio che questa particolare superficie interagga con la cellula ligand, x.

Quindi, per questo voglio essere sicuro che qualunque proteina venga rivestita sulla superficie abbia qualche affinità per questo legante x o questo recettore x. Quindi, questo è un recettore e diciamo che sto mettendo in superficie alcuni lenzuoli.
Quindi, posso o non posso mettere dei legni, ma essenzialmente voglio che questa superficie interagga con le cellule attraverso questa x. Quindi, una della strategia che l'uso per questo è alle proteine pre - adsorbenti che sappiamo interagire con questo recettore x ed è un modo in cui posso controllare la segnalzione che sta per accadere attraverso la superficie. Vedi il motivo di questo è perché una volta che l'ho messo nel corpo o una volta che l'ho messo a contatto con il liquido del corpo ci sono tutti i tipi di proteine nel fluido corporeo, insomma stiamo parlando di migliaia e migliaia di loro e quindi la probabilità che ci faccia dire una certa proteina arriverà e si addolora è piuttosto bassa.
Quindi, per prevenirlo quello che facciamo è trattarlo per la prima volta con una soluzione contenente solo questo Letto L e che assicurerà che almeno una parte dei leganti L rimarrà sulla superficie e possa interagire con la cellula. Quindi, alcune delle proteine molto diffuse per questo sono fibronectina, fibrinogeno, vitronectina e questi non sono altro, ma si tratta di proteine che contengono siti adesivi.
E quindi se intuito il mio biomateriale con queste proteine per qualche tempo quello che accadrà è che queste proteine appenderanno completamente la superficie e poi potrò mettere questo impianto con le cellule o nel corpo. E queste proteine possono ancora venire fuori e ne parleranno nelle prossime slide, ma aumenta la probabilità che una di queste proteine inietta ora a interagire con questo recettore cellulare x e dia la segnalatrice che voglio che questa superficie dia.

(Riferimento Slide Time: 07.33)

Quindi, mentre, si può anche utilizzare il pre - adsorbente con un adesivo non cellulare. Quindi, diciamo se voglio mettere un impianto che non voglio davvero interagire con la cellula. Diciamo che ho un impianto che sta trasportando un farmaco D e tutto quello che voglio fare da questo impianto è che rilasci costantemente il farmaco e non abbia alcuna sorta di proteine sconosciute che arrivano e assorbono uno strato che provoca questa diffusione del farmaco a fatica da questo impianto. Quindi, sappiamo che le proteine si adagieranno per non poterla evitare. Quindi, perché non lasciarci assorbire qualcosa che non interagisce con le cellule.
Quindi, diciamo se impiango direttamente cosa accadrà? tutto un tipo di proteine casuali arriveranno ed essenzialmente si adsorbono sulla superficie e una volta che lo fanno non sono sicuro che cosa farà quel segnale alla cellula se provocano un massiccio strato di cella per formarsi sulla superficie e poi che può di nuovo portare a cascata di eventi che possono interagire con un'altra cellula e fare un grande grande strato.
Ecco, questa è l'ultima cosa che voglio se voglio che il farmaco D rilasci nel sistema perché ora quello che sta accadendo non è solo il farmaco deve diffonderlo da una matrice, ma ora deve diffonderlo attraverso questo strato proteico e attraverso più strati cellulari che sta per essere molto impegnativo ed è qualcosa che non posso controllare a destra. Perché inizialmente ho progettato questo lasciandoci dire di rilasciare x milligram al minuto o qualcosa, ma ora una volta che questo tipo di strato cellulare e strato proteico si è formato non so se sgancio x milligrammo al minuto magari arriverà a X entro il 2, forse è di x entro il 4.
Così, come clinico sono molto preoccupato ora perché non so quanta dose sto dando. Quindi, per evitare che quello che si può fare è essenzialmente guardarlo con una proteina conosciuta che si sa non interagisce con le cellule. Quindi, anche se ora hai uno strato proteico, quello che fai è evitare che le cellule entrino e si adagiino su di esso. Allora, in questo modo almeno so che quella che è la diffusione di questo farmaco da questa matrice attraverso questo strato proteico e in questo modo ho qualche buona idea su quanto farmaco viene rilasciato per unità di tempo o al giorno o qualunque cosa possa essere.

Quindi, questa è un'applicazione che vi sto dando potrebbero esserci diverse altre applicazioni - forse l'impianto è tale che non vogliamo che le cellule immunitari interagiscano, forse sta trasportando cellule all'interno e non vogliamo che le cellule immunitari entrino e ci uccidono quelle cellule. Ecco, queste sono diverse applicazioni a cui si può pensare in quella direzione e poi diverse altre strategie a parte le proteine pre - adsorbenti e tutto questo di cui parleremo nelle future classi in questo corso, ma questo è solo un esempio che vi sto dando.
Ecco, queste sono cose che si possono giocare in giro con l'adsorbimento proteico stesso per ottenere qualche risultato desiderato. E poi la cosa successiva è che spesso si dovrebbe definire anche il materiale segnalante in vivo. Quindi, è possibile prevenire l'adsorbimento proteico non specifico. Quindi, una cosa è prevenire la cellula e poi un'altra cosa è impedire a qualsiasi tipo di proteina di adagiarsi.
Quindi, diciamo se alcuni enzimi assorbono le mie superfici e iniziano a degradare queste superfici o iniziano a degradare il farmaco stesso. Così, di nuovo si può controllare che mediante preadsorbimento sotto le proteine e che possa in qualche modo ritardare o almeno abrogare completamente qualsiasi di questo processo.

(Riferimento Slide Time: 11.15)

Quindi, parliamo di alcune cinetiche di adsorbimento proteico. Così, inizialmente ho detto nell'introduzione di questa classe che la prima cosa che l'impianto interagisce con l'acqua è l'acqua perché questo è il fluido più abbondante intorno e poi il prossimo sarà proteine e le cellule interagiscono attraverso quella proteina. Allora, perché e allora il motivo è che l'adsorbimento proteico è un fenomeno molto rapido. Quindi, l'unica cosa che limita l'adsorbimento proteico è la diffusione della proteina dal fluido alla superficie del vostro impianto. Quindi, ciò che essenzialmente questo significa, è se sto mettendo un impianto e sto guardando l'impianto dopo pochi secondi o pochi minuti che impiantano a questo punto, credo, sarebbero completamente rivestiti con le vostre proteine che sono presenti nei media circostanti.
Allora, diciamo che questo è il tuo supporto circostante, hai proteine. L'unica limitazione dell'adsorbimento proteico è essenzialmente la diffusione di questa proteina per raggiungere la superficie. Una volta che raggiunge la superficie si parla di meno di millisecondi per queste proteine ad adsorare sulla superficie. E poi quello che accadrà una volta che le proteine sono entrate e adsorbite, lo strato iniziale della proteina, allora diciamo che un'altra proteina sta ora cercando di arrivare - questa proteina non ha spazio per interagire direttamente con questa particolare superficie può iniziare ad interagire con le proteine che sono rivestite sulla superficie perché queste proteine possono anche avere alcuni domini che ora sono esposti che non erano presenti in precedenza, ma poi questa particolare proteina che sta arrivando in ritardo o la fase più lenta dovrà eliminare queste proteine dalla superficie o non sarà in grado di interagire direttamente la superficie e dovremo interagire con lo strato già rivestato. Così, troveranno lo slot vuoto forse queste proteine sono grandi e c'è una piccola proteina che può diffuso in questi slot vuoti.
Quindi, quelli saranno in grado di entrare, ma poi alla fine tutta la superficie sarà coperta abbastanza rapidamente e sarà molto difficile per qualsiasi ulteriore proteina venire a interagire con esso.
(Riferimento Slide Time: 13.29)

Quindi, poi ci sono diversi modelli che vengono utilizzati per ordinare di studiare questo adsorbimento proteico. Quindi, uno è un modello monolayer che è un modello abbastanza semplice e quello che si assume con l'adsorbimento proteico è limitato a un monolayer. Quindi, quello che sta dicendo è lasciarci dire - se ho una superficie. Quindi, quello che questo modello monolayer assume è lasciarsi dire se ci sono proteine nelle vicinanze queste proteine si adagieranno sulla superficie e se c'è un'altra proteina che deve arrivare a lasciarci dire che ho un'altra proteina che vuole venire e adsorbita sulla superficie, non può arrivare e adsorare sopra la superficie.
Quindi, questo è no e l'unica cosa che può accadere è questa che ci arriva, rimuove uno dell'unità proteica e poi va e inizia a interagire con quello spazio vuoto che si sta creando. Quindi, questo è un semplice modello monolayer e se si passa da questo quello che si sta dicendo è che ci si lascia dire una certa concentrazione proteica addolorata. Così, man mano che si aumenta la concentrazione proteica la quantità di proteine adsorbite aumenta e arriveremo a discutere su perché questo aumenterà e perché questo non sarà costante e basta con me per un paio di diaposali.
(Riferimento Slide Time: 14.58)

Poi c'è un altro concetto che sono proteine dure e morbide. Quindi, che cosa significa così; che significa, che alcune proteine potrebbero essere piuttosto dure di significato non sono molto flessibili. Così, alcuni di questi esempi sono riportati qui ribonuclocco, lisozima e altre proteine considerate molto dure. Quindi, hanno una stabilità interna molto elevata che significa che non cambieranno davvero la struttura un intero lotto che ancora interagiranno con la tua superficie, ma la struttura della proteina rimarrà ancora e davvero non cambierà molto da quello che era la struttura iniziale. E poi l'altra è la proteina morbida e che, come suggerisce il nome, non è altro, ma la loro bassissima stabilità interna che significa che se trovano una nuova superficie la struttura può cambiare parecchio a seconda del contributo della idrofobicità superficiale e dell'idrofilicità.
Quindi, alcuni di quegli esempi sono IgG, la beta - caseina, l'emoglobina e diversi altri esempi in realtà la maggior parte delle proteine troveranno proteine morbide e le loro strutture cambieranno facilmente.

(Riferimento Slide Time: 16.01)

Quindi, la prossima cosa di cui parlavo inizialmente era questo orientamento proteico e ciò che essenzialmente; questo significa, è questo qualche esempio qui. Così, si può avere una proteina globulare che essenzialmente significa una specie di grande proteina grande con una struttura a forma sferica che arriva e c'è qualche cambiamento nella struttura di questo come si può vedere queste sfere sono ormai diventate più come le ellissi e si avvolge su una superficie l'altro modello potrebbe essere - a seconda della concentrazione che hai usato, diciamo che questa proteina di forma ellissa arriva in te può avere una configurazione dove pochissima quantità di proteine come adsorbito, ma copre ancora la superficie rispetto ad un orientamento dove molta proteina ha adsorbito e sulla superficie. Quindi, quello che di solito si trova in letteratura è e durante gli esperimenti è che questo continui a variare a seconda della concentrazione che si sta utilizzando.
Quindi, diciamo se ho una superficie e vengo con un microgrammo per ml concentrazione di una proteina e quindi ciò che accadrà è dato che sto parlando di concentrazioni molto basse di proteine nella soluzione è una sorta di limitazione di diffusione su quanto proteine può arrivare e adsorare sulla superficie. Quello che troverete è lasciarci dire che ho una proteina che ha questa struttura 8. Così, arriverà ci sarà una sorta di inizio ad interagire con esso e quello che accadrà nel tempo è che comincerà ad espandersi su di esso perché può trovare più spazio. Così, questa struttura 8 si allunga e si allunga.
Da qui la struttura è cambiata piuttosto un po' più una singola proteina è occupata abbastanza grande spazio. Ora consideriamo un caso con lo stesso esempio dove lasciarci invece di 1 microgrammo per ml arrivo con 100 microgrammo per ml, ora su questa superficie particolare. Quindi, ora, quello che accadrà ora ho molta più concentrazione di proteine nei dintorni. Quindi, la fusione non sarà altrettanto limitata. Quindi, le proteine verranno abbastanza velocemente.
Quindi, diciamo che una proteina viene adsorbita. È in grado di cambiare un po' la superficie perché ha ancora qualche spazio in più a cui può assorbire, ma dal momento in cui va a questa configurazione tutto il resto dei siti sono occupati a causa di un'elevata concentrazione di proteine presente nelle vicinanze. Quindi, tutti entrano e occupano essenzialmente la superficie. Non può davvero espandersi fare qualcosa come questo stato che non sta accadendo e la stessa cosa accadrà se vado ad una concentrazione ancora più alta.
Quindi, quello che troverete non è solo l'adsorbimento proteico dipende dal tipo di proteine presenti nel circondario, dipende anche dalla concentrazione, perché la concentrazione può modificare l'orientamento dell'orientamento proteico oltre che la struttura della proteina. Quindi, se si guarda a questa struttura questo è diverso dalla struttura che è qui, anche se si usa la stessa proteina da cui partire, ma a concentrazioni diverse. E poi ora se torno a due slide prima quello che dicevo. Quindi, diciamo se ora ho una proteina ad una concentrazione di 0,5 mg per ml.
Quindi, la quantità di proteine che assorbe sarà diversa rispetto a lasciarci dire a 2 mg per ml o 3 mg per ml e il motivo è che le proteine che arrivano ad adsorprendere sulla superficie hanno tempo di cambiare orientamento e occupano ancora ulteriore spazio.
Quindi, avrete uno scenario in cui quello che otterrete è essenzialmente a concentrazioni più basse avete abbastanza proteine su una superficie mentre, ad una concentrazione più alta potreste avere un po' di proteine che si adsorbono perché c'è abbastanza proteine nelle vicinanze e non c'è abbastanza tempo per la proteina per modificarla è l'orientamento.
Quindi, ecco perché si vede una curva come questa anche se è la stessa proteina, fibrinogeno, che è stata data alla superficie, ma a seconda della concentrazione iniziale si ottiene questo tipo di aumento e poi una volta raggiunta una concentrazione di saturazione dove la diffusione non è più una limitazione ci sono molecole sufficienti nelle vicinanze che saturino completamente la superficie, poi non importa. Così, in questo caso particolare questo si dimostra di essere più a circa 2 mg per ml che va verso di esso diverso per ogni proteina che si sta gestendo, ma tutte le proteine mostreranno tipicamente una struttura come questa e questo ovviamente, è una supposizione con un modello monolayer e parleremo anche di altri modelli in questo caso.
(Riferimento Slide Time: 21.04)

Allora, che dire dell'effetto della bagnabilità? Quindi, le tendenze generali se si assume questo modello di adsorbimento proteico è che le proteine si adagieranno abbastanza strettamente e fortemente a superfici idrofobiche e questo è molto evidente. Perché diciamo che se ho una superficie abbastanza idrofobica allora le proteine possono cambiare la struttura piuttosto un po' su questo.

Diciamo che questa è una proteina che è arrivata e ha iniziato ad interagire e ci sono molte interazioni di wa-der waals che sta per accadere tra la proteina e la superficie e non c'è davvero nessuna forza concorrente per questa superficie idrofobica perché ovunque nel circostante il fluido contiene acqua e questo è idrofilo.
Quindi, questi domini idrofobici saranno molto felici interagendo con questa superficie idrofobica e non vogliono davvero cambiare qualunque sia la struttura perché il circostante è idrofilo. Quindi, tipicamente quello che si vede è quella stretta e forte interazione di proteine con superfici idrofobiche. La conformazione e l'estensione della denaturazione dipenderanno anche dalla bagnabilità dell'acqua di nuovo prima di tutto dipenderà se la proteina è morbida o dura.
Quindi, le proteine tipicamente dure non cambieranno la struttura, le proteine morbide cambieranno la struttura, ma piuttosto un po' e poi più idrofobico è la superficie più il cambio di struttura e poi di nuovo il motivo è molto simile perché prima le proteine erano situate in acqua e tutte sono domini idrofili che si trovano all'esterno mentre, per interagire con la superficie idrofobica la loro struttura deve quasi passare ad un completo overbottino dove tutti i domini idrofobi interni usciranno e iniziano a estrare interagendo con la superficie.
Così, vedrete che un bel po' di cambiamento che accadrà in questa struttura. E poi ancora come ho detto che è molto energeticamente favorita per loro spostare l'acqua dal punto di vista superficiale anche la superficie non vuole davvero interagire con l'acqua. Quindi, la superficie è molto felice anche quando si entra in contatto con questi domini idrofobi. Quindi, ci fermeremo proprio qui in questa lezione e continueremo ulteriormente nella prossima classe.