Preparação de nanoesfera magnética funcionalizada com L-histidina para o enriquecimento de proteínas de baixa abundância em amostra de soro sanguíneo: um foco em biomarcadores de doenças humanas

Abstract

No presente estudo, a eficiência da nanoesfera magnética (Fe 3O4) revestida com L- histidina (L-his) foi avaliada para enriquecer proteínas de baixa abundância no soro humano. A análise quimiométrica forneceu condições ótimas para concentrar proteínas de baixa abundância, reduzindo a faixa dinâmica dos níveis de proteína na amostra de soro. Três fatores independentes (temperatura, razão de massa e pH) foram testados. A condição ótima alcançada foi usando temperatura (42°C), proporção (3:1, nanomaterial/amostra) e pH (5,5). O estudo cinético revelou que a adsorção de proteínas na superfície da nanoesfera magnética monocamada segue um modelo de pseudo- segunda ordem com R2=0,9153. Experimentos de isoterma de adsorção revelaram alta capacidade de adsorção de proteínas na superfície da nanoesfera, indicando uma capacidade máxima teórica de adsorção (q max) de 123,45 mg g-1. A eficiência do enriquecimento de proteínas de baixa abundância na amostra de soro foi avaliada por eletroforese em gel (SDS-PAGE). Além disso, quando comparado ao método que utiliza solvente orgânico (acetonitrila), o Fe3O4@L-his apresentou eficiência adequada para simplificar a amostra de soro. Usando MALDI-TOF/TOF, aproximadamente 50 proteínas foram identificadas usando Fe3O4@L-his. Esses resultados mostram que Fe 3O4@L-his pode ser uma alternativa rápida, robusta e simples para enriquecer proteínas de baixa abundância no soro humano, surgindo como uma importante estratégia na busca por biomarcadores de doenças humanas. Palavras-chave: Proteômica, biomarcadores, preparo de amostra, nanomaterial, otimização multivariada.

In the present study, the efficiency of magnetic nanosphere (Fe 3O4) coated with L-histidine (L-his) was evaluated to enrich proteins of low-abundance in human serum. The chemometric analysis provided optimal conditions to concentrate low-abundance proteins, reducing the dynamic range of protein levels in the serum sample. Three independent factors (temperature, mass ratio and pH) were tested. The optimal condition achieved was using temperature (42°C), ratio (3:1, nanomaterial/sample) and pH (5.5). The kinetic study revealed that the adsorption of proteins on the surface of the monolayer magnetic nanosphere follows a pseudo-second order model with R2=0.9153. Adsorption isotherm experiments revealed high capacity of protein adsorption on the surface of the nanosphere, indicating a maximum theoretical adsorption capacity (q max) of 123.45 mg g- 1. The efficiency of enrichment of low-abundance proteins in the serum sample was evaluated by gel electrophoresis (SDS-PAGE). Furthermore, when compared to the method using organic solvent (acetonitrile), Fe 3O4@L-his showed adequate efficiency to simplify the serum sample. Using MALDI-TOF/TOF, approximately 50 proteins were identified using Fe3O4@L-his. These results show that Fe3O4@L-his can be a fast, robust and simple alternative to enrich low-abundance proteins in human serum, emerging as an important strategy in the search for biomarkers of human diseases. Keywords: Proteomics, biomarkers, sample preparation, nanomaterial, multivariate optimization