13 de noviembre de 2023 (Proyector Nanowerk) Estructuras metalorgánicas (MOF) han surgido en los últimos años como una nueva y emocionante clase de materiales con un tremendo potencial en diversos campos, como el almacenamiento de gas, la administración de fármacos, la catálisis y la biodetección. Construidos a partir de iones metálicos unidos por moléculas orgánicas, los MOF contienen redes porosas ideales para albergar moléculas invitadas. Sus estructuras altamente ajustables 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 ha sido empaquetar grandes moléculas biológicamente activas, como proteínas y enzimas, dentro de los MOF. Empaquetar estas moléculas grandes y sensibles en MOF las protege de la desintegración y el deterioro. Esto permite su uso como terapias y los hace más estables para la catálisis y la biodetección. El empaque MOF también selecciona variedades de proteínas con mayor tamaño molecular 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 sigue siendo un desafío clave. Esta medición es fundamental para optimizar estos materiales mixtos. Pero los investigadores han informado eficiencias de empaquetamiento muy diferentes para mezclas idénticas de proteína y MOF, lo que sugiere que depende del método de cuantificación utilizado. Anteriormente no existían comparaciones exhaustivas entre técnicas, una brecha abordada en un reciente Revista de biotecnología estudiar (“Comparación de métodos de cuantificación de proteínas para la encapsulación de proteínas con estructuras metalorgánicas ZIF-8”). Los métodos de cuantificación intentados anteriormente tienen desventajas que los hacen inadecuados para proteínas encapsuladas en MOF. Los ensayos colorimétricos de proteínas como Coomassie y ácido bicinconínico (BCA) sufren interferencias de componentes MOF. Los enlazadores orgánicos MOF aumentan las lecturas de fondo, mientras que los iones metálicos suprimen el desarrollo del color, lo que reduce la sensibilidad. La fluorescencia de microplacas requiere conjugar proteínas con etiquetas fluorescentes y agregar pasos. Las técnicas de gel como SDS-PAGE implican una manipulación extensa, lo que aumenta la variabilidad. Encontrar métodos precisos de análisis de encapsulación es vital para hacer realidad la promesa de las plataformas MOF. Las enzimas encapsuladas deben mantener su actividad después de atravesar 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 zeolítico MOF-8 (ZIF-8) y la proteína modelo albúmina sérica bovina (BSA). Sintetizaron ZIF-8 encapsulando BSA y la enzima antioxidante catalasa. El equipo evaluó la eficiencia de la encapsulación mediante microplacas BCA, Coomassie y ensayos de fluorescencia, SDS-PAGE, cromatografía de exclusión por tamaño y espectrometría de masas. Los resultados revelaron una sorprendente variabilidad entre las técnicas, lo que indica que los niveles de encapsulación dependen en gran medida del método. La cuantificación fluorométrica produjo los porcentajes de encapsulación más consistentes con el menor fondo. También confirmó el enriquecimiento de proteínas glicosiladas y de alto peso molecular después de la encapsulación de MOF. Pero el enfoque requiere etiquetar proteínas con etiquetas fluorescentes. De los ensayos colorimétricos, BCA proporcionó un rango de detección más amplio que Coomassie. Sin embargo, BCA fue menos sensible por debajo de 10 µg/ml debido a la interferencia del enlazador. Coomassie mostró un rango lineal más estrecho y un fondo más alto en relación 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 hallazgos tienen amplia relevancia para evaluar la encapsulación de biomoléculas en MOF a base de imidazol. Este trabajo destaca la necesidad crítica de tener en cuenta las limitaciones de las técnicas de cuantificación al diseñar plataformas de proteínas-MOF. La detección fluorométrica proporcionó un análisis de encapsulación razonablemente preciso. Pero el etiquetado fluorescente puede no ser factible para todas las proteínas, especialmente en cantidades bajas. "Nuestros resultados podrían ayudar al desarrollo de sistemas bio-MOF con datos más precisos, acelerando su utilización en catálisis y aplicaciones biomédicas", concluyen los investigadores. Los métodos de cuantificación de encapsulación más eficientes y reproducibles aplicables a diversas combinaciones de biomoléculas MOF siguen siendo vitales para impulsar el campo. Esta rigurosa comparación de metodologías descubrió una variabilidad sorprendente en la evaluación de las eficiencias de encapsulación de MOF. El estudio enfatiza que los investigadores deben seleccionar con prudencia las técnicas de cuantificación al diseñar compuestos de proteína-MOF para desbloquear todo su potencial.

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Michael
Berger

– Michael es autor de tres libros de la Royal Society of Chemistry:
Nano-sociedad: empujando los límites de la tecnología,
Nanotecnología: el futuro es pequeñoy
Nanoingeniería: las habilidades y herramientas que hacen que la tecnología sea invisible
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