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Module 1: Adsorção de Proteína

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Adsorção à Biomaterial

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Olá, todos. Bem-vindo a outra palestra para a Engenharia de Entrega de Drogas e Princípios. Então, vamos apenas fazer uma rápida recapitulação do que aprendemos na última aula.
(Consulte O Tempo De Deslizamento: 00:38)

Por isso, na última aula conversamos sobre várias propriedades de partículas; tínhamos falado sobre tamanho e forma antes disso e então continuamos a discussão e conversamos ainda mais sobre acusação. Então, nós dissemos que partículas tipicamente carregadas positivamente são melhores para a absorção de células, mas se quisermos maior circulação e aplicações in-vivo, queremos partículas carregadas neutras ou ligeiramente negativamente.
E quais são as razões para isso? Claro, que a própria membrana celular é levemente carregada negativamente. Então, há uma interação eletrostática e é por isso que ela vai ficar mais próxima das células para ela se upir enquanto, em circulação você tem várias proteínas de soro que também são carregadas negativamente. Por isso, por causa disso essas proteínas de soro irão adsorb-se sobre suas partículas e não as deixará fluir por mais tempo porque podem ser reconhecidas por alguma outra célula.

Em seguida, falamos sobre elasticidade e em geral o que dissemos elasticidade que o baixo modulo é bom para a baixa circulação de modulus. Demos vários exemplos de como fazer essas partículas de baixo modulus um pouco mais delas tentando imitar a RBC e então a razão pela qual dizemos que esses baixos modulus é boa é porque o baço vai limpar qualquer partículas rígidas se elas forem grandes o suficiente. Se eles estiverem acima de 200, 250 nanômetro então spleen será capaz de apenas esclarecer essas coisas. Mas, se eles são eles têm baixo módulo eles podem espremer através dessas brechas e vasos de baço e então eles podem continuar circulando por mais tempo.
Em seguida, falamos sobre partículas de metal. Neste caso conversamos sobre ambas as sínteses e aplicações. Por isso, aplicativos estamos falando principalmente de imagem ou agente de contraste também falamos sobre a terapia térmica fotográfico e então você pode até conjugar as drogas na superfície. Então, essencialmente a entrega de drogas também pode ser feita e então, finalmente, conversamos outro tipo de pista lateral sobre como você pode usar partículas ambas as caminhadas de hitch de partícula. Assim, você pode conjugá-lo ao RBC's ou você pode conjugá-lo a outras células imunes como células T e B e por causa disso o corpo não será capaz de reconhecê-los e eles podem circular ou chegar onde quer que essas células em particular estejam crescendo.
Então, esse tipo de conclui nossa grande discussão de partículas para este curso. Vamos voltar para ele em aulas futuras e para diferentes tipos de aplicativos, mas esse era apenas um conceito básico que eu queria dar em partículas. Agora, estamos nos movendo em engenharia de tecidos e aprendemos como vários aspectos desses polímeros e dessas drogas podem ser usados para uma melhor entrega de medicamentos para uma boa engenharia de tecidos e ambas as coisas vão de mão e mão em-todos os tecidos em aplicação requerem algum tipo de medicamento para ser dado para melhor eficácia e melhor retenção do tecido, melhor cura do tecido.
Então, vamos falar sobre alguns conceitos de engenharia de tecidos, mas antes de fazer isso vamos falar sobre adsorção de proteínas que é novamente uma parte integrante da engenharia de tecidos. Então, é disso que essa classe vai se dar. Isso vai ser sobre adsorção de proteínas.

(Consulte O Tempo De Deslizamento: 05:02)

Por isso, antes de falarmos sobre adsorção falemos sobre o que é a superfície e o que é uma interface? Então, qualquer região mais externa de um material assim, se nos deixar dizer se eu tenho esse material.
Assim, qualquer material terá uma região a granel e uma região de superfície. Então, quando eu digo de superfície, a superfície é uma região que vai ser um pouco diferente da graneleia porque vai ser exposto a um ambiente diferente do que o grosso-como se eu pegar um volume a granel aqui, todos os lados desse volume a granel estão expostos a um mesmo ambiente. Mas, à medida que você se aproxima e mais perto da superfície, isso não é verdade.
Então, é assim que se pode distinguir entre uma superfície e um granel que a região mais externa do material será quimicamente ou energeticamente diferente do resto do granel só porque ela está no limite. Então, a interface, isso pode ser água fora, isso pode ser ar fora ou este pode ser algum outro meio fora mas, a superfície será um pouco diferente da graneleia.
Então o que é a adsorção? Por isso, a adsorção não é nada, mas é formalmente definida como um particionamento de uma espécie química entre uma fase a granel e uma interface. Então, digamos agora eu tenho esse sólido e vamos dizer algum ar ou algum líquido aqui. Então, como é que este ar ou este líquido ou qualquer molécula naquele ar ou aquela divisórias líquidas entre o ar e o sólido nesta interface?
Por isso, para a maioria das finalidades, digamos que estamos falando de uma camada muito fina aqui. Assim, o ar na área circundante será bastante uniforme. O sólido abaixo da superfície será bastante uniforme, mas logo na interface o ar pode gostar de se sentar ou ligado à interface sólida e que criará algum tipo de diferença no gradiente do ar poderia ser mais alto ou seria menor do que o exterior, mas isso vai mudar e assim, esta adsorção física ou este particionamento físico de uma espécie química entre a granel e a interface é denominada como adsorção.
(Consulte O Tempo De Deslizamento: 07:23)

Por isso, não deve ser confundido com absorções lembre-se a única diferença é esta uma palavra aqui que você tem d e aqui a absorção é b. Então, a absorção é um fenômeno a granel.
Então, quando eu digo adsorção que é superfície enquanto que, a absorção é um fenômeno a granel. E ambos esses fenômenos são realmente relevantes para os biomateriais e ambos estes serão amplamente utilizados à medida que vamos junto e assim, vamos rapidamente dar um exemplo.
Por isso, digamos quando eu tenho uma rede de polímeros cruzados a seco. Por isso, digamos um hidrogel por exemplo; então, eu lhe disse direito que há um hidrogel que terá uma certa rede e onde você tem uma tendência muito alta de absorver água. Então, o que isso essencialmente significa é que a água vai passar por toda essa rede e vai causar inchaço dessa rede. Então, isso é absorção de água.
Enquanto que, o outro exemplo são as proteínas vão adsorver à superfície da biomaterial. Digamos que se eu tiver um material que seja sólido em que a água não possa passar e a água externa tenha proteínas, as proteínas tenderão a agregar na superfície e chegaremos à razão de porque fazem isso, mas esta é propriedade de apenas a superfície. Então, é por isso que se chama adsorção.
(Consulte O Tempo De Deslizamento: 08:53)

Então, vamos falar de um surfactante também que vai ser importante nessa discussão.
Por isso, os surfactantes são geralmente compostos que são anfífilos nós basicamente falamos sobre surfactantes e falamos sobre micelas; essencialmente nada, mas eles têm um grupo de cabeça polar e uma cauda hidrofóbica.
Alguns dos exemplos comuns de surfactantes são detergentes e sabonetes e o que eles são são, essencialmente, caudas hidrofóbicas com grupos de cabeça hidrofóbica como também é mostrado aqui e eles têm uma certa solubilidade em um solvente aquoso, mas se você aumentar a quantidade que está presente em, vamos dizer, água, eventualmente eles vão começar a precipitar-se e formar essas estruturas de micela. Então, é por isso que; é por isso que esses sabonetes e detergentes são muito bons em termos de limpeza da sujeira de suas roupas. Digamos que se tenha um pano e que nos tenha deixado dizer alguma sujeira que a sujeira pode ser tanto hidrofóbica ou hidrofilia.
Portanto, se você só usar deixe-nos dizer água ou moléculas que são hidrofilicas, só será capaz de dissolver qualquer tipo de contaminante de drogas que seja hidrofilo, mas o tipo hidrofóbico de impurezas ou a poeira ainda permanecerá preso às suas roupas. Mas, se você tem um detergente que é tanto hidrofilico quanto hidrofóbico, então ele irá e solubilize ambas as partes da sujeira e por isso limpam a roupa muito melhor do que a individual

componentes. Por isso, essencialmente isso é um surfactante que você usa em suas máquinas de lavar na hora de lavar suas roupas e tudo mais.
(Consulte O Tempo De Deslizamento: 10:40)

Então, agora temos esse conceito claro. Falemos de proteínas em si, uma vez que vamos falar de adsorção proteica predominantemente. Por isso, proteínas novamente compostas de aminoácidos eles não são nada, mas aminoácidos polos. Então, como você pode ver aqui, vários aminoácidos estão sendo conjugados uns aos outros. Eles têm um N-terminus que é basicamente significa a proteína final que terá uma amina primária no final e um C-terminus que é a proteína final que terá um -COOH no final. E assim, trata-se de uma estrutura primária que basicamente está toda aberta.
Você pode ter uma estrutura secundária o que significa que essas proteínas ou esses aminoácidos se auto alinharão em algum tipo de estrutura complexa que pode não ser linear, poderia ser folhas beta, poderia ser alfa helix e estas podem então se auto alinhar em estrutura terciária e quaternária que se torna mais e mais complexa.
Então, nós sabemos que todos os aminoácidos são não polares, polares e aniônicos. Existem todos os tipos de aminoácidos assim como eles são cadeias neutras também e assim, todas essas propriedades estão presentes em proteínas. Então, as proteínas têm áreas não polares, têm áreas polares, têm iônico e suas cadeias neutras. Por isso, um não polar não é essencialmente nada, mas um tanto relacionado aqui, e suas estruturas também podem ser primárias, secundárias, terciárias e quaternárias.

E novamente todos estes podem ter várias configurações dependendo do ambiente a proteína é a estrutura quaternária pode ter infinitas combinações de estrutura. Então, tudo isso se soma à complexidade dessas proteínas.
(Consulte O Tempo De Deslizamento: 12:16)

Por isso, quando dizemos que falará sobre dobragem de proteína estamos dizendo que para a proteína solúvel em água, a dobradinha é essencialmente conduzida pelo que é o meio no entorno. Por isso, se for água, quer minimizar a interação hidrofóbica com a água. Então, o que vai acontecer é deixar-nos dizer que eu tenho essa proteína. Uma proteína longa, neste caso estou desenhando uma única corrente, espalhando-a para fora. Digamos que esta é a minha proteína onde este é o domínio hidrofóbico e depois estes são todos os domínios hidrofilóicos. Então, isso é hidrofóbico, isso é hidrofóbico, isso é hidrofóbico e então todos estes são hidrofóbicos.
Então, agora se eu colocar essa proteína na água o que vai acontecer é que a água vai adorar interagir com o domínio hidrofilico. Assim, ele irá e começará a interagir com ele começará a se acumular perto e o domínio hidrofilico, mas então esse domínio verde não vai querer interagir com a água de todo o direito porque isso é hidrofóbico. Então, realmente não gosta de água. Então, o que vai acontecer é então esse corpo verde vai começar a se auto montar.
Assim, eventualmente o que vai acontecer é você terá a estrutura onde todos os domínios verdes tenderão a interagir uns com os outros porque eles realmente não têm mais nada para interagir, enquanto, todos os domínios vermelhos que são domínios hidrofilóicos tenderão a estar longe dos domínios verdes assim como começam a interagir com a água. Então, eu quero dizer que este é um dos casos muito mais simples de dobragem de proteína que acabei de descrever aqui. A dobradinha de proteína é muito mais complexa porque como eu disse que eles têm todos os tipos de não polares, polares, cobrou todos os tipos de moietas e ligação de hidrogênio estando presente.

Então, tudo isso vai ter um papel e resultará em uma estrutura que é muito complexa ela é tipicamente uma estrutura quaternária para qualquer proteína grande e assim, é isso que define a dobragem de proteínas. É claro que esta é a dobradora de proteína na água, mas se você mudar o ambiente no entorno então a estrutura vai mudar certo. Quer dizer se a mesma dobradora fosse acontecer em deixe-nos dizer um solvente orgânico. Digamos que hexano-agora hexano quer interagir com esses domínios hidrofóbicos, mas não quer interagir com os domínios hidrofilóicos.
Então, o que vai acontecer essencialmente é novamente todas as regiões vermelhas entrarão em colapso dentro e então as regiões verdes estarão do lado de fora basicamente garantindo que estão blindando todos os domínios vermelhos que são hidrelétricos e não gostando de hexano. Então, agora você pode ver que a estrutura está completamente alterada. Assim, dependendo do ambiente em que a dobragem de proteína vai acontecer você verá esses efeitos onde a estrutura de proteínas vai mudar. Então, ele é bastante dinâmico e na verdade é muito muito sensível a até apenas pequena perturbação para o ambiente local.
Você pode alterar a quantidade de sal no líquido e isso vai alterar a estrutura da proteína. Você pode mudar a localização da proteína de uma parte do corpo para a outra e isso vai alterar ligeiramente as estruturas de proteína tudo isso é muito sensível ao seu ambiente.

(Consulte O Tempo De Deslizamento: 16:36)

Então, como eu disse que eles estão tentando minimizar as interações hidrofóbicas. Os domínios hidrofóbicos dobrados em um núcleo longe da água e eles querem maximizar as interações hidrofílicas-todos os resíduos polares e carregados estão do lado de fora.
(Consulte O Tempo De Deslizamento: 16:48)

Então, por causa disso agora o que estamos essencialmente dizendo é que as proteínas estão ambas contendo um domínio hidrofilico e hidrofóbico e, portanto, são surfactantes fracos.
Eles não têm um forte domínio hidrofilico e hidrofóbico, mas têm uma pequena pequena hidrofobicidade e hidrofilicidade em seus aminoácidos individuais e assim, são tensoativos fracos e novamente por causa disso há uma diferença relativa na hidrofobicidade, mas não uma diferença muito grande. Então, eles podem então facilmente mudar a estrutura e se adaptar a qualquer que seja a superfície ou seja qual for o ambiente em que eles sejam colocados.
(Consulte O Tempo De Deslizamento: 17:34)

Por isso, daí a maioria dos fluidos corporais que contêm várias proteínas resultará na adsorção de proteínas sobre qualquer substância estrangeira que o corpo veja. Então, nós temos vários tipos de proteína. Por exemplo, um sangue contém quase cerca de 400 proteínas diferentes em concentrações diferentes que está fluindo através da nossa circulação sanguíneos. E, assim, o que vai acontecer é se eu deixar a gente dizer colocar um implante por exemplo-uma caneta no meu corpo e então o que vai acontecer é deixar-nos dizer que isto é um implante. Para efeito deste slide específico vamos dizer que este implante é não poroso, nada pode penetrar em-é uma caneta sólida. Então, o que vai acontecer é que vamos primeiro interagir com a água. Então, a água está em toda parte. Então, a água vai entrar em contato com esse implante. Agora, essa água que neste caso é soro contém várias proteínas que são dobradas em uma determinada estrutura.
Por isso, digamos que este implante é hidrofóbico talvez nos deixe dizer um implante PLGA então o que vai acontecer é quando esta proteína entrar em contato entra em contato com a superfície estes domínios externos estes são de direita hidrofilica. Por isso, eles querem ficar na água, eles não querem realmente interagir com a superfície e nem a superfície quer interagir com eles. Então, o que vai acontecer é a proteína se abrirá e reajustará tal que os domínios hidrofóbicos são mais do que o contato com a superfície. Então, essa proteína vai reabrir de tal forma que todas essas regiões são hidrofilicas e todas as regiões diretamente em contato são hidrofóbicas.
Então, tudo isso e por causa dessas interações hidrofóbicas-hidrofóbicas há um vínculo forte que é formado ou o número de pequenos títulos fracos, mas há tantos deles que toda a interação é muito forte, então, essa proteína absorve muito fortemente em fazer essas superfícies. E uma vez que essas proteínas adsorb, então as células que estão em quantidade muito mais baixa do que as proteínas virão e começarão a sentir a superfície e a maioria dessas células bem na verdade também começam a ver essas proteínas que são absorvidas. Assim, na maior parte do tempo a mediação da ligação do celular com o implante está sendo feita através dessas proteínas que estão adsorvendo através de soro ou algum outro fluido corporal onde quer que o implante seja colocado.
Por isso, a consequência é a camada proteína adsorvida mediar a resposta biológica. Então, se eu disser que a célula é a unidade principal que está governando qualquer que seja a resposta que vamos obter então as proteínas que estão adsorvendo sobre ele determina como as células vão chegar e se anexar a ela, que tipo de sinais as células obterão e, portanto, definir essencialmente que tipo de resposta biológica o corpo dará a um certo biomaterial.
(Consulte O Tempo De Deslizamento: 20:35)

E como eu disse as proteínas podem denir na adsorção. Então, a estrutura de proteínas não é muito estável. Por isso, uma vez que o ambiente é alterado o aquecimento, o agente químico e eles todos causarão desnaturação da estrutura. Assim, quando a proteína adsorve, a interação com o sólido há uma mudança no ambiente químico circundante e essa mudança potencial faz com que a proteína de confirmação mude como bem que você pode chamar de desnaturação que essencialmente significa apenas mudança da estrutura original. Isso não significa necessariamente que eles vão se abrir completamente. Eles apenas significam que qualquer que seja o seu estado natural, isso foi desnaturado.
Assim, eles podem assumir ou uma cadeia completamente aberta ou podem ter alguma outra conformação que não seja tipicamente encontrada na natureza. E novamente existem diferentes tipos de proteínas dependendo da composição dos aminoácidos algumas estruturas são mais estáveis do que as outras. Por isso, a magnitude de resposta que você vai obter em um material para diferentes proteínas também vai ser diferente.
Então, algumas proteínas são muito passíveis de desnaturação. Eles vão abrir completamente tudo na estrutura, enquanto algumas proteínas não são realmente tão responsáveis em termos de mudança de sua estrutura. Assim, eles ainda podem manter a sua atividade, podem ainda manter a estrutura natural que estava presente originalmente.
(Consulte O Tempo De Deslizamento: 21:56)

Então, como as proteínas se denotam na adsorção? Já cobrimos um pouco dele, mas a desnaturação vai depender da química de superfície biomaterial e da wetbilidade hídrica. Então, quanto é hidrofóbico; quanto é hidrofóbico; que tipo de química de superfície está lá; que títulos podem formar entre as proteínas e a superfície tudo o que vamos determiná-lo.
Assim, tipicamente em superfície de biomaterial hidrelétrica, que é rica em grupos carregados ou aminoácidos carregados, essas regiões ricas de aminoácidos hidrofilados de proteínas irão preferencialmente interagir com a superfície.
Portanto, se eu tenho deixado dizer duas superfícies-uma é hidrofilica e outra é hidrofóbica e é claro, estou fazendo isso em um ambiente aquático que é hidrofilo e tenho uma estrutura de proteína que é que nos deixa dizer assim. Depois, em quando entrar em contato com a superfície hidrelétrica, a estrutura da proteína pode mudar um pouco, talvez ela vá se tornar levemente alongada, mas mais ou menos a estrutura vai ser semelhante. Enquanto que, quando entra em contato com o domínio hidrofóbico, ele vai ficando completamente de dentro para fora.
Então, a estrutura vai mudar bastante mais em comparação com uma superfície hidrofilica só porque originalmente a proteína estava em um ambiente de água que é bastante hidrofilico.
Então, não há muito uma mudança drástica que está acontecendo. No entanto, essa superfície hidrelétrica pode ter muitos grupos funcionais que são reativos e que podem causar ainda mais alterações. Por isso, há toda a magnitude e vários graus de resposta que obteremos.
(Consulte O Tempo De Deslizamento: 23:47)

Assim, tipicamente há uma baixa desnaturação já que já existem domínios hidrofilóicos presentes fora quando se fala em uma superfície hidrofilica. É por isso que tipicamente quando se fala em engenharia de tecidos ou fala sobre implantes. A grande ênfase é tornar a superfície bastante hidrofilica para que você não comece a desnaturar muitas proteínas que podem causar alguma toxicidade.

No biomaterial hidrofóbico como falamos que é rico em grupos não polares, os aminoácidos hidrofóbicos tenderão a interagir preferencialmente com a superfície. Então, esses domínios hidrofóbicos foram inicialmente enterrados dentro da estrutura da proteína. Então, eles terão que então sair e isso vai causar muito mais mudança na estrutura da proteína do que nos deixar dizer uma superfície hidrofilica.
Por isso, em proteínas globulares solúveis em água, os aminoácidos hidrofóbicos estão no núcleo de proteínas.
Assim, estes tentarão interagir com a superfície hidrofóbica e mudar bastante a estrutura.
(Consulte O Tempo De Deslizamento: 24:52)

Então, novamente por que tudo isso é importante? Então, nós novamente já falamos brevemente sobre isso, mas se você tem um substrato sólido, a primeira coisa que vai interagir são as proteínas e elas vão adsorver na superfície e então quando a célula chegar ela realmente não conseguirá ver a superfície de substrato sólido direito. Esta superfície é toda escondida por esta camada de proteína.
Assim, as células só poderão interagir com o que estiver presente na superfície que está nesta proteína de caso que é adsorvida e que vai levar a qualquer resposta biológica que ela vai acontecer. É claro que a proteína que é absorvente é dependente da própria superfície. Então, você pode argumentar que você pode meio que controlar isso e de qualquer maneira, mas ainda assim se torna muito importante estudar a adsorção de proteínas.

Então, a membrana celular tem proteínas do receptor, incluindo integrinas que se prendem a várias dessas proteínas que são encontradas no soro e é assim que elas se unirão à superfície, é assim que elas irão se acoplar a ela, é assim que começarão a funcionar nessa superfície e assim, as células que anexam reconhecerão este biomaterial através dessas moléculas integrais.
Então, neste caso o que estamos falando são essas células. Quando eles fixam à superfície eles têm uma classe especial de moléculas que são chamadas de integrinas e a maior parte de fixação e propagação dessas células nessas superfícies acontecerá quando estas integrinas se ligarem a seus receptores ou seus ligands. Então, estas poderiam ser proteínas como fibronectina, colágeno, laminina e várias outras.
Assim, quando essas proteínas ficam adsorvida sobre a superfície só então as células podem ir e ligar-se à superfície antes que as células não serão capazes de anexar àquelas superfícies e realmente crescerão. Por isso, como eu disse qualquer tipo de resposta imune também será conduzida por essas proteínas que são adsorvidos. Por isso, tudo é meio que controlado pela adsorção de proteínas.
Vamos parar por aqui e vamos continuar descansando na próxima aula.
Obrigado.