Biomineralización inducida por transiciones líquido-líquido de polímeros proteicos recombinantes

Abstract

La nanotecnología ha experimentado un significativo avance en los últimos años debido a la creciente necesidad de crear sistemas con funciones específicas a escala nanométrica. Esta disciplina ha brindado herramientas sofisticadas que han revolucionado diversos campos del conocimiento, como la ciencia biomédica, donde ha permitido mejorar la eficiencia y precisión de las técnicas de diagnóstico actuales, así como el desarrollo de terapias más efectivas y seguras. En muchos casos, el objetivo es replicar nanoestructuras presentes en tejidos y células vivas. Los recombinámeros o polímeros recombinantes del tipo elastina (ELRs) debido a su comportamiento inteligente y su naturaleza recombinante destacan como candidatos ideales en la creación de sistemas para la replicación de la matriz extracelular, con proyección a ser aplicados en el desarrollo de tratamientos para enfermedades del tejido conectivo, como la artrosis. Las propiedades de autoensamblaje de estos polímeros multibloque anfifílicos y térmicamente sensibles se combinan con las capacidades de unión al fosfato de calcio del epítopo SNA15, inspirado en la proteína estaterina de origen salival, dando lugar a una organización que imita a la estructura de la hidroxiapatita (HA) posibilitando una replicación. Este trabajo se ha focalizado en el estudio de la interacción entre iones calcio y fosfato en presencia de dos recombinameros híbridos simultáneamente: (SNA15)3E50I60 y K48I60. El primero es un tribloque anfifílico conformado por el dominio bioactivo SNA15 unido con el final hidrofílico de E50 en un primer bloque que puede autoensamblarse en nanopartículas capaces de controlar la transformación de fosfato de calcio amorfo (FCA) en una estructura similar a la HA, unido al residuo I60 en el extremo que se autoensambla hidrofóbicamente, lo que da lugar a una organización similar a la estructura fibrilar de la HA generando agregados ordenados. El segundo ELR es combinación de un dominio hidrófilo, K48, y del I60, hidrófobo. Ambos ELRs son cadenas con cargas opuestas y temperaturas de transición similares, lo cual implica una interacción electrostática entre los mismos que podría afectar, o no, a la interacción entre el (SNA15)3E50I60 y los iones. Por ello, el estudio realizado se enfoca en llevar a cabo la mineralización entre el cloruro de calcio (CaCl2) y el hidróxido fosfato de sodio (Na2HPO4) en una disolución resultado de la mezcla de ambos ELRs con el objetivo de analizar la morfología de los agregados formados y determinar si estos presentan similitudes con la cristalización de la HA o, en su defecto, qué características muestran. Estos resultados permitirán establecer futuras direcciones de investigación en el estudio de este tipo de terapias regenerativas.

Nanotechnology has undergone significant progress in recent years due to the growing need to create systems with specific functions at the nanometer scale. This discipline has provided sophisticated tools that have revolutionized various fields of knowledge, such as biomedical science, where it has made it possible to improve the efficiency and precision of current diagnostic techniques, as well as the development of more effective and safe therapies. In many cases, the goal is to replicate nanostructures present in living cells and tissues. Due to their intelligent behavior and their recombinant nature, Recombinamers or recombinant polymers of the Elastin type (ELRs) stand out as ideal candidates in the creation of systems for the replication of the extracellular matrix, with a projection to be applied in the development of treatments for diseases of the connective tissue, such as osteoarthritis. The self-assembly properties of these thermally sensitive, amphiphilic multiblock polymers combine with the calcium phosphate-binding capabilities of the staterin-inspired SNA15 epitope of salivary origin, resulting in an organization that mimics the structure of hydroxyapatite (HA), enabling replication. This work has focused on the study of the interaction between calcium and phosphate ions in the presence of two hybrid recombinamers simultaneously: (SNA15)3E50I60 and K48I60. The first is an amphiphilic triblock, made up of the SNA15 bioactive domain linked to the hydrophilic end of E50 in a first block that can self-assemble into nanoparticles capable of controlling the transformation of amorphous calcium phosphate (ACF) into a structure similar to HA, which is at the same time linked to the I60 residue at the end, which self-assembles hydrophobically and gives rise to an organization similar to the fibrillar structure of HA, generating ordered aggregates. The second ELR is a combination of a hydrophilic domain, K48, and I60, hydrophobic. Both ELR are chains with opposite charges and similar transition temperatures, which implies an electrostatic interaction between them that could affect, or not, the interaction between (SNA15)3E50I60 and the ions. For this reason, this study focuses on carrying out the mineralization between calcium chloride (CaCl2) and sodium hydroxide phosphate (Na2HPO4) in a solution resulting from the mixture of both polymers with the aim of analyzing the morphology of the formed aggregates and determine if they present similarities with the crystallization of HA or, failing that, what characteristics they present. These results will allow establishing future research directions in the study of this type of regenerative therapies.