Study of the interaction between bovine serum albumin (BSA) and maghemite nanoparticles (Y-Fe2O3) functionalized with three different anionic ligands

Aplicações biológicas de nanopartículas inorgânicas demandam o entendimento das interações entre as nanopartículas e as proteínas. Nessa tese foram realizados estudos de interação entre a proteína BSA e nanopartículas de maghemita funcionalizadas com diferentes ligantes aniônicos (íons citrato, íons tripolifosfato e bicamada de íons laurato), por três técnicas analíticas: titulação de calorimetria isotérmica (ITC), isoterma de adsorção por medidas de diâmetro hidrodinâmico, empregando espalhamento de luz dinâmico (DLS) e espectroscopia de fluorescência. Os valores das constantes de interação (Ka) obtidos pelos estudos de adsorção da BSA sobre as nanopartículas por medidas de DLS foram semelhantes aos obtidos por ITC, para os três sistemas. Por outro lado, os estudos por ITC, não permitiram a determinação dos valores das estequiometrias de reação (Nmax). Os resultados obtidos pela técnica de fluorescência são altamente discrepantes em relação aos resultados obtidos pelas outras duas técnicas. A avaliação do papel do agente funcionalizante sobre a interação entre as nanopartículas e a BSA mostrou que há diferenças no perfil das interações nos três sistemas estudados. O valor da constante de associação para o sistema BSA-NP-Citrato foi da ordem de 106 mol.L-1, enquanto que para os demais sistemas foi de 104 mol.L-1. Os parâmetros termodinâmicos obtidos para o sistema BSA-NP-Citrato (ΔH = 5x103 cal.mol-1; ΔS+ +45 cal.mol-1; ΔG= -8410 cal.mol-1) sugerem que o processo de adsorção foi predominantemente de natureza eletrostática. Por outro lado, os parâmetros termodinâmicos obtidos para os sistemas, BSA-NP-Laurato (ΔH=-1,38x105 cal.mol-1; ΔS= -441cal.mol-1; ΔG= -6582 cal.mol-1) e BSA-NP-Tripolifosfato (ΔH = - 1,86x104 cal.mol-1; ΔS= -41 cal.mol-1; ΔG= -6352 cal.mol-1) sugerem que o processo de adsorção nesses sistemas tenha ocorrido predominantemente por pontes de hidrogênio. A atividade de esterase da albumina foi reduzida pela interação com as nanopartículas, e foi dependente da concentração das mesmas. A redução na atividade da esterase ocorreu em maior extensão para o sistema BSA-NP-Laurato. Nesse trabalho, a técnica de espalhamento de luz dinâmico (DLS) foi empregada pela primeira vez para o estudo de adsorção de BSA sobre nanopartículas de maghemita funcionalizadas, e se mostrou adequada. Além disso, nas condições experimentais utilizadas, foi a única técnica que forneceu valores da estequiometria de reação (Nmax) semelhante aos valores estimados. Biological applications of nanoparticles require understanding the interaction between proteins and nanoparticles. In this thesis were performed studies of interaction between the protein BSA and maghemite nanoparticles functionalized with different anionic ligands (citrate ions, tripolyphosphate ions and bilayer laurate ions ), by three analytical techniques: isothermal titration calorimetry (ITC), adsorption isotherm by hydrodynamic diameter measurements using dynamic light scattering (DLS) and fluorescence spectroscopy. The values of the interaction constants (Ka) of BSA association on nanoparticles surface by DLS measurements were similar to those obtained by ITC, for the three systems. On the other hand, the study by ITC did not allows determining of the stoichiometry values (Nmax) of the association processes. The results obtained by the fluorescence technique are highly discrepant of the results obtained by the other two techniques. The evaluation of the functionalizing agent effect on the interaction between magnetite nanoparticles and BSA showed that there are differences in the Ka values, and in the energetic profiles of the interactions for the three systems studied. The Ka value for the interaction between BSA and citrate functionalized nanoparticles was in the order of 106 M-1, whereas for the other systems the values of Ka were 104 M-1. The energetic profile of the interactions, was endothermic in the system BSA-NP-Citrate, and exothermic for BSA-NP-Laurato and for BSA-NP-Tripolyphosphate. From the analysis of the thermodynamic parameters, it was possible to suggest that the interaction in the BSA-NP-citrate system was predominantly electrostatic, whereas the interaction in the other systems predominantly involved hydrogen bonds. The albumin estearase activity was reduced by the interaction with the nanoparticles, and was dependent upon the nanoparticles concentration. The reduction in stearase activity was higher for the -BSA-NP-Laurate system. In this work, the dynamic light scattering technique (DLS) was used, for the first time, to study of adsorption of BSA on functionalized maghemite nanoparticles. In addition, under the experimental conditions used, DLS was the only technique that provided (Nmax) values similar to those estimated. Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Goiás - FAPEG