Modulando nanopartículas de ouro ultrapequenas para biorrespostas controladas e reconhecimento molecular específico em meios complexos

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Data
2021-09-06
Autores
Knittel, Luiza
Orientadores
Sousa, Alioscka [UNIFESP]
Tipo
Tese de doutorado
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Resumo
Nanopartículas de ouro (AuNPs) ultrapequenas são uma classe emergente de nanomateriais que exibem propriedades físico-químicas moleculares e in vivo distintas. Em especial, AuNPs ultrapequenas passivadas com o ligante de superfície glutationa estão entre as mais pesquisadas para aplicações em nanomedicina, incluindo tratamento oncológico. Entretanto, experimentos sistemáticos conduzidos in vitro demonstraram que essas AuNPs apresentam agregação em meio biológico sob determinadas condições, o que pode limitar suas aplicações biomédicas. Nesse trabalho nós preparamos uma nova AuNP ultrapequena (AuGSHzwt) passivada com um ligante zwitteriônico derivado da glutationa, a glutationa monoetil ester. Realizamos, então, uma série de estudos de biointeração in vitro para adquirir compreensão fundamental acerca das partículas AuGSHzwt em meio biológico complexo. Usando o modelo de peptídeo Strep-tag (WSHPQFEK) como grupo funcional integrado, nós estabelecemos que as partículas AuGSHzwt poderiam ser conjugadas com um número crescente de Strep-tags por uma simples reação de troca de ligantes, que oferece uma abordagem genérica para a funcionalização da AuGSHzwt. Descobrimos que as partículas AuGSHzwt funcionalizadas com Strep-tag eram altamente resistentes a interações não-específicas com proteínas e conservaram a capacidade de reconhecimento molecular específico em fluído biológico, ligando-se eficientemente à seus receptores Streptactin, mesmo em soro não-diluído. Entretanto, AuGSHzwt funcionalizadas com múltiplos Strep-tags exibiram menor resistência a interações com proteínas e menores níveis de ligação com o receptor Streptactin, quando comparadas às partículas AuGSHzwt monofuncionalizadas, sob dadas condições. Esses resultados destacam a necessidade de otimizar a densidade de ligantes na superfície de AuNPs ultrapequenas para uma melhor performance. Coletivamente, nossas descobertas apontam AuGSHzwt como uma plataforma muito interessante para projetar nanoestruturas funcionais capazes de reconhecer proteínas específicas, mesmo quando imersas em meio biológico complexo.
Ultrasmall gold nanoparticles (AuNPs) are an emerging class of nanomaterials exhibiting distinctive physicochemical, molecular, and in vivo properties. In particular, ultrasmall AuNPs passivated with the natural tripeptide glutathione have been intensively investigated, especially in the area of cancer theranostics. However, previous in vitro studies done by us demonstrated that the glutathione-coated particles aggregate in biological media under given conditions, which could then limit their biomedical applications. Herein, we prepared a novel ultrasmall AuNP (AuGSHzwt) passivated with a zwitterionic derivative of glutathione – glutathione monoethyl ester. We then performed a series of in vitro biointeraction studies to gain fundamental understanding into the behavior of AuGSHzwt particles in complex biological media. Using the model Strep-tag peptide (WSHPQFEK) as an integrated functional group, we established that AuGSHzwt could be conjugated with increasing numbers of Strep-tags by simple ligand exchange, which provides a generic approach for AuGSHzwt functionalization. It was found that the strep-tagged AuGSHzwt particles were highly resistant to nonspecific protein interactions and retained their targeting capability in biological fluid, displaying efficient binding to Streptactin receptors in nearly undiluted serum. However, AuGSHzwt functionalized with multiple Strep-tags displayed somewhat lower resistance to protein interactions and lower levels of binding to Streptactin than monofunctionalized AuGSHzwt under given conditions. These results underscore the need for optimizing ligand density onto the surface of ultrasmall AuNPs for improved performance. Collectively, our findings support ultrasmall AuGSHzwt as an attractive platform for engineering functional, protein-mimetic nanostructures capable of specific protein recognition within the complex biological milieu.
Descrição
Citação
KNITTEL, L. Modulando nanopartículas de ouro ultrapequenas para biorrespostas controladas e reconhecimento molecular específico em meios complexos. São Paulo, 2021. 75 p. Tese ( Doutorado em Ciências Biológicas (Biologia Molecular) - Escola Paulista de Medicina (EPM), Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP), São Paulo, 2021.