Um estudo em escala proteômica revela como as superfícies plásticas e a agitação promovem a agregação de proteínas

Oct 03, 2023

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 1227 (2023) Citar este artigo

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A agregação de proteínas em bioterapêuticos pode reduzir sua atividade e eficácia. Também pode promover reações imunológicas responsáveis ​​por efeitos adversos graves. O impacto dos materiais plásticos na desestabilização das proteínas não é totalmente compreendido. Aqui, propomos desconvolver os efeitos da superfície do material, da interface ar/líquido e da agitação para decifrar seu respectivo papel na desestabilização e agregação de proteínas. Analisamos o efeito das superfícies de polipropileno, TEFLON, vidro e LOBIND na estabilidade de proteínas purificadas (albumina sérica bovina, hemoglobina e α-sinucleína) e em um extrato celular composto por 6.000 proteínas solúveis durante agitação (P = 0,1–1,2 W/ kg). A análise proteômica revelou que as chaperoninas, proteínas intrinsecamente desordenadas e ribossomos eram mais sensíveis aos efeitos combinados das superfícies dos materiais e da agitação, enquanto pequenos oligômeros metabólicos poderiam ser protegidos nas mesmas condições. Observações de perda de proteínas acopladas à microscopia Raman, espalhamento dinâmico de luz e proteômica nos permitiram propor um modelo mecanicista de desestabilização de proteínas por plásticos. Nossos resultados sugerem que a perda de proteína não se deve principalmente à nucleação de pequenos agregados em solução, mas à desestabilização de proteínas expostas às superfícies do material e sua subsequente agregação na interface ar/líquido cortada, um efeito que não pode ser evitado usando LOBIND tubos. Uma orientação pode ser estabelecida sobre como minimizar esses efeitos adversos. Remova um dos componentes desse estresse combinado – material, ar (mesmo que parcialmente) ou agitação – e as proteínas serão preservadas.

O número de terapêuticas baseadas em proteínas está aumentando rapidamente. No entanto, as proteínas são expostas a tensões durante a fabricação, afetando a sua estabilidade. A agregação de proteínas em bioterápicos pode reduzir sua atividade e eficácia, mas também pode promover reações imunológicas responsáveis ​​por efeitos adversos graves, como respostas alérgicas e anafilaxia1.

Várias estratégias foram desenvolvidas para evitar a agregação de proteínas durante o processamento bioterapêutico, controlando cuidadosamente o ambiente e o processo local ou removendo agregados antes da amostragem. Os factores físicos e químicos que determinam a estabilidade das proteínas ou desencadeiam a sua agregação têm sido objecto de investigação nas áreas farmacêutica e bioquímica. Sabe-se que agitação, temperatura, pH e força iônica induzem agregação de proteínas1,2,3.

O efeito dos materiais na estabilidade das proteínas no processamento bioterapêutico tem sido comparativamente menos estudado. Na verdade, o quadro atual tem sido de perda mínima de proteínas por adsorção em superfícies, onde as interações proteína/material resultariam apenas na passivação da superfície sem afetar as proteínas livres restantes em solução. A partir da década de 1970, Leo Vroman demonstrou que a adsorção de proteínas não era um processo estático, mas sim dinâmico, onde as trocas ocorriam na interface líquido-sólido entre proteínas livres e adsorvidas, dependendo da concentração proteica e da afinidade pela superfície. Este modelo pode agora ser completado pela perda parcial da estabilidade da proteína após interações fracas com a superfície e subsequente liberação na solução, um primeiro passo para um efeito remoto de interfaces.

Estudos recentes demonstraram que o efeito desestabilizador das interfaces sólido/líquido na estabilidade da proteína era mais profundo do que se acreditava inicialmente e poderia ser aumentado pela agitação. Os efeitos sinérgicos do fluxo e das superfícies na agregação de anticorpos já foram descritos7,8. Outros estudos enfatizaram o papel das bolhas de ar9,10. Estas observações sugerem que tanto o sólido/líquido, a interface ar/líquido e a agitação são atores-chave quando se considera o efeito de um novo processo ou material durante a produção de bioterapêuticos. No entanto, falta a descrição mecanicista que poderia explicar os processos envolvidos e a interação entre as diferentes interfaces e a agitação na estabilidade da proteína. Além disso, a maioria dos estudos experimentais foi conduzida com proteínas purificadas únicas, o que não pode explicar o papel das interações proteína-proteína quando diferentes proteínas estão envolvidas, a possível associação e dissociação de complexos proteicos nas interfaces e as variações na sensibilidade proteica a esses estresses.