Nanoplataforma multimodal óptico-magnética baseada na lectina ligadora de manose
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Data de Publicação: | 2022 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFPE |
Texto Completo: | https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/47806 |
Resumo: | Os pontos quânticos (PQs) são nanocristais de semicondutores que possuem propriedades ópticas e físico-químicas únicas, como fluorescência com alta resistência à fotodegradação e superfície altamente ativa para conjugações com (bio)moléculas. Por outro lado, as nanopartículas magnéticas (MNPs) apresentam potencialidades para: (i) separação e detecção de células e (bio)moléculas; (ii) atuação como agentes de contraste para imageamento por ressonância magnética e (iii) aplicação para terapia por hipertermia, dentre outras. Assim, a união de PQs e MNPs, configurando uma única nanopartícula bimodal (BNP) com propriedades óptico-magnéticas, pode permitir novos avanços no campo biomédico, especialmente se combinada a (bio)moléculas. A lectina ligadora de manose (MBL) é uma proteína sérica importante do sistema imune humano que exerce funções na defesa do hospedeiro, participando de processos como: (i) reconhecimento de estruturas próprias do organismo que estão alteradas, (ii) ativação do sistema complemento, sinalizando a presença de patógenos para o organismo, (iii) modulação da inflamação e (iv) depuração de células apoptóticas. A MBL tem a capacidade de reconhecer resíduos de carboidratos que possuem hidroxilas nos carbonos 3 e 4 de hexoses, como a D-manose, N-acetil-D-glicosamina e L-fucose presentes nas superfícies celulares, pelo seu domínio de reconhecimento de carboidrato (DRC), na presença de íons Ca2+ . Nesse contexto, esta dissertação objetivou preparar uma nanossonda multimodal constituída por PQs de CdTe, MNPs de óxido de ferro e MBL. Para tanto, após as sínteses, os PQs carboxilados foram conjugados de forma covalente a MNPs funcionalizadas por grupos aminas, formando BNPs. Os sistemas bimodais foram então conjugados a uma MBL recombinante (rhMBL) em diferentes concentrações, formando as nanossondas BNPs-rhMBL-50 e BNPs-rhMBL-100. Todos os sistemas foram caracterizados por análise de potencial zeta. Os PQs, as BNPs e as nanossondas multimodais também foram caracterizadas opticamente por espectroscopias de absorção e emissão. Por fim, o potencial para aplicação biológica das BNPs-rhMBL foi avaliado por citometria de fluxo utilizando leveduras de Candida albicans como modelo biológico. As análises de potencial zeta indicaram que as MNPs foram eficientemente revestidas com grupos amina e que houve associação de PQs às MNPs, bem como da rhMBL às BNPs. A avaliação óptica confirmou a formação das BNPs. A espectroscopia de absorção indicou que ca. 80% dos PQs foram conjugados às MNPs e também foi observado um redshift de cerca de 20 nm no máximo de emissão de fluorescência após a conjugação entre as nanopartículas. Frente à marcação celular de C. albicans em solução salina enriquecida com Ca2+, as BNPs-rhMBL-100 apresentaram melhor desempenho (ca. 86,0% de marcação com mediana de fluorescência de 14.382,3). Ademais, as BNPs-rhMBL-100 marcaram ca. 25,9% das leveduras em salina sem Ca2+ e somente ca. 0,3% das células em salina suplementada com Ca2+ e EDTA (um quelante de Ca2+). Essa diminuição na marcação celular, observada em ambos os ensaios, indicou que o sistema BNPs-rhMBL-100 apresentou especificidade, interagindo com as leveduras pelo DRC. Portanto, conclui-se que foi preparada uma nanossonda multifuncional (BNPs-rhMBL) efetiva e específica que apresenta grande potencial para estudos glicobiológicos. |
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Por outro lado, as nanopartículas magnéticas (MNPs) apresentam potencialidades para: (i) separação e detecção de células e (bio)moléculas; (ii) atuação como agentes de contraste para imageamento por ressonância magnética e (iii) aplicação para terapia por hipertermia, dentre outras. Assim, a união de PQs e MNPs, configurando uma única nanopartícula bimodal (BNP) com propriedades óptico-magnéticas, pode permitir novos avanços no campo biomédico, especialmente se combinada a (bio)moléculas. A lectina ligadora de manose (MBL) é uma proteína sérica importante do sistema imune humano que exerce funções na defesa do hospedeiro, participando de processos como: (i) reconhecimento de estruturas próprias do organismo que estão alteradas, (ii) ativação do sistema complemento, sinalizando a presença de patógenos para o organismo, (iii) modulação da inflamação e (iv) depuração de células apoptóticas. A MBL tem a capacidade de reconhecer resíduos de carboidratos que possuem hidroxilas nos carbonos 3 e 4 de hexoses, como a D-manose, N-acetil-D-glicosamina e L-fucose presentes nas superfícies celulares, pelo seu domínio de reconhecimento de carboidrato (DRC), na presença de íons Ca2+ . Nesse contexto, esta dissertação objetivou preparar uma nanossonda multimodal constituída por PQs de CdTe, MNPs de óxido de ferro e MBL. Para tanto, após as sínteses, os PQs carboxilados foram conjugados de forma covalente a MNPs funcionalizadas por grupos aminas, formando BNPs. Os sistemas bimodais foram então conjugados a uma MBL recombinante (rhMBL) em diferentes concentrações, formando as nanossondas BNPs-rhMBL-50 e BNPs-rhMBL-100. Todos os sistemas foram caracterizados por análise de potencial zeta. Os PQs, as BNPs e as nanossondas multimodais também foram caracterizadas opticamente por espectroscopias de absorção e emissão. Por fim, o potencial para aplicação biológica das BNPs-rhMBL foi avaliado por citometria de fluxo utilizando leveduras de Candida albicans como modelo biológico. As análises de potencial zeta indicaram que as MNPs foram eficientemente revestidas com grupos amina e que houve associação de PQs às MNPs, bem como da rhMBL às BNPs. A avaliação óptica confirmou a formação das BNPs. A espectroscopia de absorção indicou que ca. 80% dos PQs foram conjugados às MNPs e também foi observado um redshift de cerca de 20 nm no máximo de emissão de fluorescência após a conjugação entre as nanopartículas. Frente à marcação celular de C. albicans em solução salina enriquecida com Ca2+, as BNPs-rhMBL-100 apresentaram melhor desempenho (ca. 86,0% de marcação com mediana de fluorescência de 14.382,3). Ademais, as BNPs-rhMBL-100 marcaram ca. 25,9% das leveduras em salina sem Ca2+ e somente ca. 0,3% das células em salina suplementada com Ca2+ e EDTA (um quelante de Ca2+). Essa diminuição na marcação celular, observada em ambos os ensaios, indicou que o sistema BNPs-rhMBL-100 apresentou especificidade, interagindo com as leveduras pelo DRC. Portanto, conclui-se que foi preparada uma nanossonda multifuncional (BNPs-rhMBL) efetiva e específica que apresenta grande potencial para estudos glicobiológicos.Quantum dots (QDs) are semiconductor nanocrystals that have unique optical and physicochemical properties, such as fluorescence with high resistance to photodegradation and a highly active surface for conjugations with (bio)molecules. On the other hand, magnetic nanoparticles (MNPs) have potential for: (i) separation and detection of cells and (bio)molecules; (ii) acting as contrast agents for magnetic resonance imaging, and (iii) application for hyperthermia therapy, among others. Thus, the union of QDs and MNPs, configuring a single bimodal nanoparticle (BNP) with optical-magnetic properties, may allow new advances in the biomedical field, especially if combined with (bio)molecules. Mannose-binding lectin (MBL) is an important serum protein of the human immune system that plays a role in host defense, participating in processes such as: (i) recognition of structures of the organism that are altered, (ii) activation of the complement system, signaling the presence of pathogens to the organism, (iii) modulation of inflammation, and (iv) clearance of apoptotic cells. MBL has the ability to recognize carbohydrate residues that have hydroxyls on carbons 3 and 4 of hexoses, such as D-mannose, N-acetyl-D-glucosamine, and L-fucose present on cell surfaces, by its carbohydrate recognition domain (CRD), in the presence of Ca2+ ions. In this context, this dissertation aimed to prepare a multimodal nanoprobe consisting of CdTe PQs, iron oxide MNPs, and MBL. Therefore, after the synthesis, carboxylated QDs were covalently conjugated to MNPs functionalized by amine groups, forming BNPs. The bimodal systems were then conjugated to a recombinant MBL (rhMBL) at different concentrations, forming the BNPs-rhMBL-50 and BNPs-rhMBL-100 nanoprobes. All systems were characterized by zeta potential analysis. QDs, BNPs, and multimodal nanoprobes were also optically characterized by absorption and emission spectroscopies. Finally, the potential for biological application of BNPs-rhMBL was evaluated by flow cytometry using Candida albicans yeasts as the biological model. Zeta potential analyzes indicated that MNPs were efficiently coated with amine groups and that QDs were associated with MNPs, as well as rhMBL with BNPs. Optical evaluation confirmed the formation of BNPs. The absorption spectroscopy indicated that ca. 80% of the QDs were conjugated to the MNPs and a redshift of about 20 nm in the maximum of fluorescence emission was also observed after the conjugation between the nanoparticles. Regarding the cellular labeling of C. albicans in saline solution enriched with Ca2+, the BNPs- rhMBL-100 showed better performance (ca. labeling of 86.0% with median fluorescence of 14,382.3). Furthermore, BNPs-rhMBL-100 labeled ca. 25.9% of the yeasts in saline without Ca2+ and only ca. 0.3% of cells in saline supplemented with Ca2+ and EDTA (a Ca2+ chelator). This decrease in cell labeling, observed in both assays, indicated that the BNPs-rhMBL-100 system showed specificity, interacting with yeasts through the DRC. Therefore, an effective and specific multifunctional nanoprobe (BNPs-rhMBL) has been prepared that holds great potential for glycobiological studies.porUniversidade Federal de PernambucoPrograma de Pos Graduacao em Engenharia BiomedicaUFPEBrasilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/embargoedAccessEngenharia biomédicaCarboidratosCandida albicansNanopartícula de óxido de ferroPontos quânticosNanoplataforma multimodal óptico-magnética baseada na lectina ligadora de manoseinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesismestradoreponame:Repositório Institucional da UFPEinstname:Universidade Federal de Pernambuco (UFPE)instacron:UFPEORIGINALDISSERTAÇÃO Pedro Gamaliel Soares Bispo Paulino.pdfDISSERTAÇÃO Pedro Gamaliel Soares Bispo Paulino.pdfapplication/pdf1853506https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/47806/1/DISSERTA%c3%87%c3%83O%20Pedro%20Gamaliel%20Soares%20Bispo%20Paulino.pdf39bc2bff8739390025bf9627ad04d86cMD51CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; 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