1. Insulin aggregation starts at dynamic triple interfaces, originating from solution agitation
- Author
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Karim Chouchane, Thibaut Frachon, Laurent Marichal, Laurent Nault, Charlotte Vendrely, Antoine Maze, Franz Bruckert, Marianne Weidenhaupt, and Weidenhaupt, Marianne
- Subjects
Protein Denaturation ,interfacial adsorption ,insulin ,[SPI] Engineering Sciences [physics] ,[CHIM.THER] Chemical Sciences/Medicinal Chemistry ,Proteins ,Surfaces and Interfaces ,General Medicine ,protein aggregation ,Colloid and Surface Chemistry ,protein stability ,agitation ,protein dehydration ,Wettability ,Physical and Theoretical Chemistry ,Hydrophobic and Hydrophilic Interactions ,triple interface ,Biotechnology - Abstract
The consequences of agitation on protein stability are particularly relevant to therapeutic proteins. However, the precise contribution of the different effects induced by agitation in pathways leading to protein denaturation and aggregation at interfaces is not entirely understood. In particular, the contribution of a moving triple line, induced by the sweeping of a solution meniscus on a container wall upon agitation, has only been rarely assessed. In this article, we therefore designed experimental setups to analyze how mixing, shear stress, and dynamic triple interfaces influence insulin aggregation in physiological conditions. This has been achieved by controlling agitation speed, shear stress, and the extension of triple interfaces in order to shed light on the contribution of different agitation-induced effects on insulin aggregation in physiological conditions. We demonstrate that strong agitation is necessary for the onset of insulin aggregation, while the growth of the aggregates is sustained even under weak agitation. Kinetic insulin aggregation studies in conditions of intermittent wetting show that the aggregation rate correlates with the amount of dynamic triple interfaces that the proteins are exposed to. Finally, we demonstrate that the triple line, where the protein solution, the air, and a hydrophobic surface meet constitutes a preferential early aggregation site., Les conséquences de l'agitation sur la stabilité des protéines sont particulièrement importantes pour les protéines thérapeutiques. Cependant, la contribution précise des différents effets induits par l'agitation dans les voies menant à la dénaturation et à l'agrégation des protéines aux interfaces n'est pas entièrement comprise. En particulier, la contribution d'une ligne triple en mouvement, induite par le balayage d'un ménisque de solution sur la paroi d'un récipient lors de l'agitation, n'a été que rarement évaluée. Dans cet article, nous avons donc conçu des montages expérimentaux pour analyser comment le mélange, la contrainte de cisaillement et les interfaces triples dynamiques influencent l'agrégation de l'insuline dans des conditions physiologiques. Pour ce faire, nous avons contrôlé la vitesse d'agitation, la contrainte de cisaillement et l'extension des interfaces triples afin de mettre en lumière la contribution des différents effets induits par l'agitation sur l'agrégation de l'insuline dans des conditions physiologiques. Nous démontrons qu'une forte agitation est nécessaire pour le début de l'agrégation de l'insuline, tandis que la croissance des agrégats est soutenue même sous une faible agitation. Des études cinétiques d'agrégation de l'insuline dans des conditions de mouillage intermittent montrent que le taux d'agrégation est corrélé à la quantité d'interfaces triples dynamiques auxquelles les protéines sont exposées. Enfin, nous démontrons que la ligne triple, où la solution de protéine, l'air et une surface hydrophobe se rencontrent, constitue un site préférentiel d'agrégation précoce.
- Published
- 2022
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