Исследование в масштабе протеома показывает, как пластиковые поверхности и перемешивание способствуют агрегации белков

Oct 03, 2023

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 1227 (2023) Цитировать эту статью

2877 Доступов

2 Альтметрика

Подробности о метриках

Агрегация белков в биотерапевтических препаратах может снизить их активность и эффективность. Он также может стимулировать иммунные реакции, ответственные за серьезные побочные эффекты. Влияние пластиковых материалов на дестабилизацию белка до конца не изучено. Здесь мы предлагаем проанализировать влияние поверхности материала, границы раздела воздух/жидкость и перемешивания, чтобы расшифровать их соответствующую роль в дестабилизации и агрегации белков. Мы проанализировали влияние поверхностей из полипропилена, TEFLON, стекла и LOBIND на стабильность очищенных белков (бычий сывороточный альбумин, гемоглобин и α-синуклеин) и на клеточный экстракт, состоящий из 6000 растворимых белков, при перемешивании (P = 0,1–1,2 Вт/ кг). Протеомный анализ показал, что шаперонины, внутренне неупорядоченные белки и рибосомы были более чувствительны к комбинированному воздействию поверхностей материала и перемешиванию, в то время как небольшие метаболические олигомеры могли быть защищены в тех же условиях. Наблюдения за потерей белка в сочетании с рамановской микроскопией, динамическим светорассеянием и протеомикой позволили нам предложить механистическую модель дестабилизации белков пластиками. Наши результаты показывают, что потеря белка происходит в первую очередь не из-за зарождения небольших агрегатов в растворе, а из-за дестабилизации белков, подвергающихся воздействию поверхностей материала, и их последующей агрегации на границе сдвига воздух/жидкость, эффект, который невозможно предотвратить с помощью LOBIND. трубки. Могут быть разработаны рекомендации о том, как свести к минимуму эти неблагоприятные последствия. Уберите один из компонентов этого комбинированного стресса — материал, воздух (хотя бы частично) или перемешивание — и белки сохранятся.

Число белковых терапевтических средств быстро растет. Однако во время производства белки подвергаются стрессам, что влияет на их стабильность. Агрегация белков в биотерапевтических препаратах может снизить их активность и эффективность, но также может способствовать иммунным реакциям, ответственным за серьезные побочные эффекты, такие как аллергические реакции и анафилаксия1.

Были разработаны различные стратегии, позволяющие избежать агрегации белков во время биотерапевтической обработки либо путем тщательного контроля местной среды и процесса, либо путем удаления агрегатов перед отбором проб. Физические и химические факторы, определяющие стабильность белков или запускающие их агрегацию, уже давно являются предметом исследований в области фармацевтики и биохимии. Известно, что перемешивание, температура, pH и ионная сила вызывают агрегацию белков1,2,3.

Сравнительно мало изучено влияние материалов на стабильность белков при биотерапевтической обработке. Действительно, нынешняя картина уже давно представляет собой картину минимальной потери белков при адсорбции на поверхностях, где взаимодействия белок/материал приводят только к пассивации поверхности, не затрагивая оставшиеся свободные белки в растворе. В 1970-х годах Лео Вроман4,5 продемонстрировал, что адсорбция белка представляет собой не статический процесс, а скорее динамический, при котором на границе раздела жидкость-твердое тело между свободными и адсорбированными белками происходят обмены в зависимости от концентрации белка и сродства к поверхности. Эта модель теперь может быть дополнена частичной потерей стабильности белка в результате слабых взаимодействий с поверхностью и последующим высвобождением в растворе6, что является первым шагом к отдаленному эффекту интерфейсов.

Недавние исследования показали, что дестабилизирующее влияние границ твердого тела и жидкости на стабильность белка было более глубоким, чем первоначально предполагалось, и его можно усилить при перемешивании. Синергетический эффект потока и поверхностей на агрегацию антител уже описан7,8. Другие исследования подчеркнули роль пузырьков воздуха9,10. Эти наблюдения показывают, что как твердое вещество/жидкость, граница раздела воздух/жидкость, так и перемешивание являются ключевыми факторами при рассмотрении эффекта нового процесса или материала во время производства биотерапевтических препаратов. Однако механистическое описание, которое могло бы объяснить вовлеченные процессы и взаимодействие между различными интерфейсами и воздействием на стабильность белка, отсутствует. Более того, большинство экспериментальных исследований было проведено с одиночными очищенными белками, что не может объяснить роль белок-белковых взаимодействий при участии разных белков, возможную ассоциацию и диссоциацию белковых комплексов на границах раздела11, а также различия в чувствительности белков к этим стрессам.