Probetas fluorescentes con función de transferencia de energía por resonancia de Förster para monitorear la gelificación y formación de nanopartículas basadas en copolímeros de quitosano
Autores: Zlotnikov, Igor D.; Savchenko, Ivan V.; Kudryashova, Elena V.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Probetas fluorescentes con función de transferencia de energía por resonancia de Förster para monitorear la gelificación y formación de nanopartículas basadas en copolímeros de quitosano
Categoría
Ciencias de los Materiales
Subcategoría
Materiales para aplicaciones biomédicas
Palabras clave
Nanogel
Polímeros
Liberación de fármacos
Quitosano
Efecto FRET
Formación de gel
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 17
Citaciones: Sin citaciones
Los polímeros formadores de nanogel, como el quitosano y el ácido algínico, tienen una serie de aplicaciones prácticas en los campos de la administración de fármacos, la tecnología alimentaria y la agrotecnología como polímeros biocompatibles y biodegradables. A diferencia de la formación de macrogel a granel, que se sigue de cambios visuales o fácilmente detectables y parámetros físicos, como la viscosidad o la turbidez, la formación de nanogeles no se sigue de tales cambios y, por lo tanto, es muy difícil de rastrear. El método de extrusión en contracorriente (o análogos) permite la formación de nanopartículas de gel para ciertos polímeros, incluidos el quitosano y sus derivados. DLS o TEM, que se utilizan típicamente para su caracterización, solo permiten el estudio de las nanopartículas ya formadas. Alternativamente, se podría introducir un colorante fluorescente en el polímero formador de gel, con el propósito de monitorear el efecto de su microentorno en los espectros de fluorescencia. Pero aparentemente, este enfoque no proporciona una señal suficientemente específica, ya que el microentorno puede verse afectado por un gran número de diversos factores (como cambios de pH) que incluyen, pero no se limitan a, la formación de gel en sí. Aquí, proponemos un nuevo enfoque, basado en el efecto FRET, que creemos que es mucho más específico y permite la elucidación del proceso de formación de nanogel en tiempo real. Se sugiere el Triptófano-Pireno como uno de los pares donador-aceptor, que produce el efecto FRET cuando los dos compuestos están en estrecha proximidad entre sí. Unimos covalentemente el Pireno (el aceptor) a la cadena polimérica de quitosano (o PEG-quitosano). La cantidad de Pireno introducida fue lo suficientemente baja como para no producir un efecto significativo en las propiedades de las nanopartículas de gel resultantes, pero lo suficientemente alta como para detectar el efecto FRET al interactuar con Trp. Cuando el quitosano modificado con Pireno y Trp están presentes en la solución, no se observa efecto FRET. Pero tan pronto como se inicia la formación del gel utilizando el método de extrusión en contracorriente, el efecto FRET es fácilmente detectable, manifestado en un aumento brusco en la intensidad de fluorescencia del aceptor de pireno y reflejando el proceso de formación de gel en tiempo real. Aparentemente, la formación del gel promueve la interacción de apilamiento Trp-Pyr, que se considera necesaria para el efecto FRET, y que no ocurre en la solución. Además, observamos un efecto FRET similar cuando la formación del gel de quitosano es el resultado del entrecruzamiento covalente de las cadenas de quitosano con genipina. Curiosamente, al usar ovalbumina, que tiene numerosos Trp expuestos en la superficie de la proteína en lugar de Trp individuales, se obtiene un efecto FRET similar al de Trp. En todos los casos, pudimos detectar los comportamientos dependientes del pH, la concentración y la temperatura de los polímeros, así como la cinética de la formación del gel tanto para nanogeles como para macrogeles. Estos hallazgos indican una amplia aplicabilidad del análisis basado en FRET en la práctica biomédica, que abarca desde la optimización de la formación de gel hasta la encapsulación de agentes terapéuticos en tecnologías alimentarias y biomédicas.
Descripción
Los polímeros formadores de nanogel, como el quitosano y el ácido algínico, tienen una serie de aplicaciones prácticas en los campos de la administración de fármacos, la tecnología alimentaria y la agrotecnología como polímeros biocompatibles y biodegradables. A diferencia de la formación de macrogel a granel, que se sigue de cambios visuales o fácilmente detectables y parámetros físicos, como la viscosidad o la turbidez, la formación de nanogeles no se sigue de tales cambios y, por lo tanto, es muy difícil de rastrear. El método de extrusión en contracorriente (o análogos) permite la formación de nanopartículas de gel para ciertos polímeros, incluidos el quitosano y sus derivados. DLS o TEM, que se utilizan típicamente para su caracterización, solo permiten el estudio de las nanopartículas ya formadas. Alternativamente, se podría introducir un colorante fluorescente en el polímero formador de gel, con el propósito de monitorear el efecto de su microentorno en los espectros de fluorescencia. Pero aparentemente, este enfoque no proporciona una señal suficientemente específica, ya que el microentorno puede verse afectado por un gran número de diversos factores (como cambios de pH) que incluyen, pero no se limitan a, la formación de gel en sí. Aquí, proponemos un nuevo enfoque, basado en el efecto FRET, que creemos que es mucho más específico y permite la elucidación del proceso de formación de nanogel en tiempo real. Se sugiere el Triptófano-Pireno como uno de los pares donador-aceptor, que produce el efecto FRET cuando los dos compuestos están en estrecha proximidad entre sí. Unimos covalentemente el Pireno (el aceptor) a la cadena polimérica de quitosano (o PEG-quitosano). La cantidad de Pireno introducida fue lo suficientemente baja como para no producir un efecto significativo en las propiedades de las nanopartículas de gel resultantes, pero lo suficientemente alta como para detectar el efecto FRET al interactuar con Trp. Cuando el quitosano modificado con Pireno y Trp están presentes en la solución, no se observa efecto FRET. Pero tan pronto como se inicia la formación del gel utilizando el método de extrusión en contracorriente, el efecto FRET es fácilmente detectable, manifestado en un aumento brusco en la intensidad de fluorescencia del aceptor de pireno y reflejando el proceso de formación de gel en tiempo real. Aparentemente, la formación del gel promueve la interacción de apilamiento Trp-Pyr, que se considera necesaria para el efecto FRET, y que no ocurre en la solución. Además, observamos un efecto FRET similar cuando la formación del gel de quitosano es el resultado del entrecruzamiento covalente de las cadenas de quitosano con genipina. Curiosamente, al usar ovalbumina, que tiene numerosos Trp expuestos en la superficie de la proteína en lugar de Trp individuales, se obtiene un efecto FRET similar al de Trp. En todos los casos, pudimos detectar los comportamientos dependientes del pH, la concentración y la temperatura de los polímeros, así como la cinética de la formación del gel tanto para nanogeles como para macrogeles. Estos hallazgos indican una amplia aplicabilidad del análisis basado en FRET en la práctica biomédica, que abarca desde la optimización de la formación de gel hasta la encapsulación de agentes terapéuticos en tecnologías alimentarias y biomédicas.