Name: formulation and characterization of bioactive agent containing nanodisks
Uploaded: 2023-03-17T14:15:00
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Este trabalho foi apoiado por uma bolsa do National Institutes of Health (R37 HL-64159).

1. Transformação, expressão e purificação do componente proteico do andaime
<ol><li>Transformação bacteriana BL21 com apoE4-NT contendo plasmídeo<ol><li>Descongelar um tubo de células competentes BL21 (DE3) no gelo por 10 min.</li>
		<li>Depois que todo o gelo derreter, misture suave e cuidadosamente pipetar 50 μL das células em um tubo de transformação sobre gelo.</li>
		<li>Adicionar 5 μL contendo 50 ng de ADN plasmidial (para sequência, ver quadro suplementar 1) à mi...

<ol>
	<li>Fox, C. A., Moschetti, A., Ryan, R. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reconstituted+HDL+as+a+therapeutic+delivery+device.">Reconstituted HDL as a therapeutic delivery device.</a> Biochimica et Biophysica Acta. Molecular and Cell Biology of Lipids. 1866 (11), 159025 (2021).</li><li>Ong, K. L., Cochran, B. J., Manandhar, B., Thomas, S., Rye, K. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=HDL+maturation+and+remodelling.">HDL maturation and remodelling.</a> Biochimica et Biophysica Acta. Molecular and Cell Biology of Lipids. 1867 (4), 159119 (2022).</li><li>Nicholls, S. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+serial+infusions+of+CER-001,+a+pre-&#946;+high-density+lipoprotein+mimetic,+on+coronary+atherosclerosis+in+patients+following+acute+coronary+syndromes+in+the+CER-001+Atherosclerosis+Regression+Acute+Coronary+Syndrome+Trial:+a+randomized+clinical+trial.">Effect of serial infusions of CER-001, a pre-&#946; high-density lipoprotein mimetic, on coronary atherosclerosis in patients following acute coronary syndromes in the CER-001 Atherosclerosis Regression Acute Coronary Syndrome Trial: a randomized clinical trial.</a> JAMA Cardiology. 3 (9), 815-822 (2018).</li><li>Kingwell, B. A., Chapman, M. J., Kontush, A., Miller, N. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=HDL-targeted+therapies:+progress,+failures+and+future.">HDL-targeted therapies: progress, failures and future.</a> Nature Reviews Drug Discovery. 13 (6), 445-464 (2014).</li><li>Denisov, I. G., Sligar, S. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanodiscs+for+structural+and+functional+studies+of+membrane+proteins.">Nanodiscs for structural and functional studies of membrane proteins.</a> Nature Structure &amp; Molecular Biology. 23 (6), 481-486 (2016).</li><li>Hoel, C. M., Zhang, L., Brohawn, S. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structure+of+the+GOLD-domain+seven-transmembrane+helix+protein+family+member+TMEM87A.">Structure of the GOLD-domain seven-transmembrane helix protein family member TMEM87A.</a> eLife. 11, e81704 (2022).</li><li>P&#233;rez-Medina, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=PET+imaging+of+tumor-associated+macrophages+with+89Zr-labeled+high-density+lipoprotein+nanoparticles.">PET imaging of tumor-associated macrophages with 89Zr-labeled high-density lipoprotein nanoparticles.</a> Journal of Nuclear Medicine. 56 (8), 1272-1277 (2015).</li><li>Fox, C. A., Ryan, R. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Studies+of+the+cardiolipin+interactome.">Studies of the cardiolipin interactome.</a> Progress in Lipid Research. 88, 101195 (2022).</li><li>Ryan, R. O., Forte, T. M., Oda, M. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimized+bacterial+expression+of+human+apolipoprotein+A-I.">Optimized bacterial expression of human apolipoprotein A-I.</a> Protein Expression and Purification. 27 (1), 98-103 (2003).</li><li>Argyri, L., Skamnaki, V., Stratikos, E., Chroni, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+simple+approach+for+human+recombinant+apolipoprotein+E4+expression+and+purification.">A simple approach for human recombinant apolipoprotein E4 expression and purification.</a> Protein Expression and Purification. 79 (2), 251-257 (2011).</li><li>Lethcoe, K., Fox, C. A., Ryan, R. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Foam+fractionation+of+a+recombinant+biosurfactant+apolipoprotein.">Foam fractionation of a recombinant biosurfactant apolipoprotein.</a> Journal of Biotechnology. 343, 25-31 (2022).</li><li>Fisher, C. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bacterial+overexpression,+isotope+enrichment,+and+NMR+analysis+of+the+N-terminal+domain+of+human+apolipoprotein+E.">Bacterial overexpression, isotope enrichment, and NMR analysis of the N-terminal domain of human apolipoprotein E.</a> Biochemistry and Cell Biology. 75 (1), 45-53 (1997).</li><li>Jonas, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reconstitution+of+high-density+lipoproteins.">Reconstitution of high-density lipoproteins.</a> Methods in Enzymology. 128, 553-582 (1986).</li><li>Ryan, R. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanodisks:+hydrophobic+drug+delivery+vehicles.">Nanodisks: hydrophobic drug delivery vehicles.</a> Expert Opinion on Drug Delivery. 5 (3), 343-351 (2008).</li><li>Oda, M. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reconstituted+high+density+lipoprotein+enriched+with+the+polyene+antibiotic+amphotericin+B.">Reconstituted high density lipoprotein enriched with the polyene antibiotic amphotericin B.</a> Journal of Lipid Research. 47 (2), 260-267 (2006).</li><li>Redmond, K. A., Nguyen, T. S., Ryan, R. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=All-trans-retinoic+acid+nanodisks.">All-trans-retinoic acid nanodisks.</a> International Journal of Pharmaceutics. 339 (1-2), 246-250 (2007).</li><li>Ghosh, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Curcumin+nanodisks:+formulation+and+characterization.">Curcumin nanodisks: formulation and characterization.</a> Nanomedicine. 7 (2), 162-167 (2011).</li><li>Yuan, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthetic+high-density+lipoproteins+for+delivery+of+10-hydroxycamptothecin.">Synthetic high-density lipoproteins for delivery of 10-hydroxycamptothecin.</a> International Journal of Nanomedicine. 11, 6229-6238 (2016).</li><li>Zhao, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sphingadienes+show+therapeutic+efficacy+in+neuroblastoma+in+vitro+and+in+vivo+by+targeting+the+AKT+signaling+pathway.">Sphingadienes show therapeutic efficacy in neuroblastoma in vitro and in vivo by targeting the AKT signaling pathway.</a> Investigational New Drugs. 36 (5), 743-754 (2018).</li><li>Moschetti, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Assembly+and+characterization+of+biocompatible+coenzyme+Q10+enriched+lipid+nanoparticles.">Assembly and characterization of biocompatible coenzyme Q10 enriched lipid nanoparticles.</a> Lipids. 55 (2), 141-149 (2020).</li><li>Krishnamoorthy, A., Witkowski, A., Ryan, R. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nutlin-3a+nanodisks+induce+p53+stabilization+and+apoptosis+in+a+subset+of+cultured+glioblastoma+cells.">Nutlin-3a nanodisks induce p53 stabilization and apoptosis in a subset of cultured glioblastoma cells.</a> Journal of Nanomedicine and Nanotechnology. 8 (4), 454 (2017).</li><li>Moschetti, A., Fox, C. A., McGowen, S., Ryan, R. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lutein+nanodisks+protect+retinal+pigment+epithelial+cells+from+UV+light+induced+damage.">Lutein nanodisks protect retinal pigment epithelial cells from UV light induced damage.</a> Frontiers in Nanotechnology. 4, 955022 (2022).</li><li>Scheetz, L. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthetic+HDL+nanoparticles+delivering+docetaxel+and+CpG+for+chemoimmunotherapy+of+colon+adenocarcinoma.">Synthetic HDL nanoparticles delivering docetaxel and CpG for chemoimmunotherapy of colon adenocarcinoma.</a> International Journal of Molecular Sciences. 21 (5), 1777 (2020).</li><li>Duivenvoorden, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+statin-loaded+reconstituted+high-density+lipoprotein+nanoparticle+inhibits+atherosclerotic+plaque+inflammation.">A statin-loaded reconstituted high-density lipoprotein nanoparticle inhibits atherosclerotic plaque inflammation.</a> Nature Communications. 5, 3065 (2014).</li><li>Hargreaves, P. L., Nguyen, T. S., Ryan, R. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spectroscopic+studies+of+amphotericin+B+solubilized+in+nanoscale+bilayer+membranes.">Spectroscopic studies of amphotericin B solubilized in nanoscale bilayer membranes.</a> Biochimica et Biophysica Acta. 1758 (1), 38-44 (2006).</li><li>Tufteland, M., Pesavento, J. B., Bermingham, R. L., Hoeprich Jr, P. D., Ryan, R. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Peptide+stabilized+amphotericin+B+nanodisks.">Peptide stabilized amphotericin B nanodisks.</a> Peptides. 28 (4), 741-746 (2007).</li><li>Tufteland, M., Ren, G., Ryan, R. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanodisks+derived+from+amphotericin+B+lipid+complex.">Nanodisks derived from amphotericin B lipid complex.</a> Journal of Pharmaceutical Sciences. 97 (10), 4425-4432 (2008).</li><li>Nguyen, T. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Amphotericin+B+induces+interdigitation+of+apolipoprotein+stabilized+nanodisk+bilayers.">Amphotericin B induces interdigitation of apolipoprotein stabilized nanodisk bilayers.</a> Biochimica et Biophysica Acta. 1778 (1), 303-312 (2008).</li><li>Ryan, R. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanobiotechnology+applications+of+reconstituted+high+density+lipoprotein.">Nanobiotechnology applications of reconstituted high density lipoprotein.</a> Journal of Nanobiotechnology. 8, 28 (2010).</li><li>Lalefar, N. R., Witkowski, A., Simonsen, J. B., Ryan, R. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Wnt3a+nanodisks+promote+ex+vivo+expansion+of+hematopoietic+stem+and+progenitor+cells.">Wnt3a nanodisks promote ex vivo expansion of hematopoietic stem and progenitor cells.</a> Journal of Nanobiotechnology. 14 (1), 66 (2016).</li><li>Crosby, N. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Anti-CD20+single+chain+variable+antibody+fragment-apolipoprotein+A-I+chimera+containing+nanodisks+promote+targeted+bioactive+agent+delivery+to+CD20-positive+lymphomas.">Anti-CD20 single chain variable antibody fragment-apolipoprotein A-I chimera containing nanodisks promote targeted bioactive agent delivery to CD20-positive lymphomas.</a> Biochemistry and Cell Biology. 93 (4), 343-350 (2015).</li><li>Ghosh, M., Ren, G., Simonsen, J. B., Ryan, R. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cationic+lipid+nanodisks+as+an+siRNA+delivery+vehicle.">Cationic lipid nanodisks as an siRNA delivery vehicle.</a> Biochemistry and Cell Biology. 92 (3), 200-205 (2014).</li><li>Fox, C. A., Ellison, P., Ikon, N., Ryan, R. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Calcium-induced+transformation+of+cardiolipin+nanodisks.">Calcium-induced transformation of cardiolipin nanodisks.</a> Biochimica et Biophysica Acta. Biomembranes. 1861 (5), 1030-1036 (2019).</li><li>Fox, C. A., Lethcoe, K., Ryan, R. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Calcium-induced+release+of+cytochrome+c+from+cardiolipin+nanodisks:+Implications+for+apoptosis.">Calcium-induced release of cytochrome c from cardiolipin nanodisks: Implications for apoptosis.</a> Biochimica et Biophysica Acta Biomembranes. 1861 (12), 183722 (2021).</li><li>Fox, C. A., Ryan, R. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dye+binding+assay+reveals+doxorubicin+preference+for+DNA+versus+cardiolipin.">Dye binding assay reveals doxorubicin preference for DNA versus cardiolipin.</a> Analytical Biochemistry. 594, 113617 (2020).</li><li>Fox, C. A., Romenskaia, I., Dagda, R. K., Ryan, R. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cardiolipin+nanodisks+confer+protection+against+doxorubicin-induced+mitochondrial+dysfunction.">Cardiolipin nanodisks confer protection against doxorubicin-induced mitochondrial dysfunction.</a> Biochimica et Biophysica Acta Biomembranes. 1864 (10), 183984 (2022).</li></ol>

A formulação de um agente bioativo contendo nanodiscos fornece um método conveniente para solubilizar compostos hidrofóbicos insolúveis. Como os nanodiscos do agente bioativo do produto são totalmente solúveis em meio aquoso, eles fornecem um método de liberação útil para uma ampla gama de moléculas hidrofóbicas (Tabela 1). Estes incluem pequenas moléculas, drogas naturais e sintéticas, fitonutrientes, hormônios, etc. A estratégia de formulação geralmente segue um protocolo padrão que...

As lipoproteínas discoidais nascentes de alta densidade (HDLs) são progenitores naturais da HDL esférica muito mais abundante presente no sistema circulatório humano. Essas partículas nascentes, também chamadas de HDL pré-ß, possuem propriedades estruturais únicas e distintas1. De fato, em vez de existir como uma partícula esferoidal, as HDLs nascentes são em forma de disco. Extensos estudos de caracterização estrutural das HDLs discoidais naturais e reconstituídas têm revelado que elas são compostas por uma bicamada fosfolipídica cujo perímetro é circunscrito por uma apolipoproteína anfipática trocável (apo), como a apoA-I. No metabolismo das lipoproteínas humanas, as HDLs nascentes circulantes acumulam lipídios das células periféricas e amadurecem em HDLs esféricas em um processo que é dependente de mediadores proteicos chave, incluindo o transportador de de ligação de ATP A1 e lecitina:colesterol aciltransferse2. Esse processo representa um componente crítico da via de transporte reverso do colesterol, considerada protetora contra doenças cardíacas. Munidos desse conhecimento e da capacidade de reconstituir HDLs discoidais, pesquisadores têm empregado essas partículas como intervenção terapêutica no tratamento da aterosclerose3. Em essência, a infusão de HDL reconstituído (rHDL) em pacientes promove o efluxo de colesterol dos depósitos de placa e o devolve ao fígado para conversão em ácidos biliares e excreção do corpo. Várias empresas biotecnológicas/farmacêuticas estão adotando essa estratégia de tratamento4.
Ao mesmo tempo, a capacidade de gerar essas partículas em laboratório desencadeou uma enxurrada de atividades de pesquisa que levaram a novas aplicações e novas tecnologias. Uma aplicação proeminente envolve o uso de partículas de rHDL como membrana em miniatura para abrigar proteínas transmembrana em um ambiente nativo5. Até o momento, centenas de proteínas foram incorporadas com sucesso no rHDL discoidal, e a pesquisa demonstrou que essas proteínas retêm tanto a conformação nativa quanto a atividade biológica como receptores, enzimas, transportadores, etc. Essas partículas, denominadas "nanodiscos", também têm se mostrado passíveis de caracterização estrutural, muitas vezes em alta resolução6. Essa abordagem para investigações de proteínas transmembrana é reconhecida como superior aos estudos com micelas ou lipossomas em detergente e, como resultado, está avançando rapidamente. É importante reconhecer que dois métodos distintos têm sido relatados que são capazes de formar uma rHDL. O método de "diálise por colato"13 é popular para aplicações relacionadas à incorporação de proteínas transmembrana na bicamada rHDL5. Essencialmente, este método de formulação envolve a mistura de uma bicamada formando fosfolipídio, uma proteína de andaime e a proteína transmembrana de interesse em um tampão contendo o detergente colato de sódio (ou desoxicolato de sódio; peso molecular da micela [PM] de 4.200 Da). O detergente solubiliza eficazmente os diferentes componentes da reação, permitindo que a amostra seja dialisada contra tampão sem detergente. Durante a etapa de diálise, à medida que o detergente é retirado da amostra, forma-se espontaneamente um HDLr. Quando essa abordagem é usada para aprisionar uma proteína transmembrana de interesse, as partículas do produto têm sido denominadas nanodiscos5. Tentativas de usar esse método para incorporar agentes bioativos hidrofóbicos de pequenas moléculas (MW <1.000 Da), no entanto, têm sido em grande parte malsucedidas. Ao contrário das proteínas transmembrana, os agentes bioativos de pequenas moléculas são capazes de escapar da bolsa de diálise junto com o detergente, diminuindo consideravelmente sua eficiência de incorporação nas rHDLs. Esse problema foi resolvido com a omissão de detergentes da mistura da formulação14. Em vez disso, os componentes são adicionados a um tampão aquoso sequencialmente, começando com a bicamada formando lipídio, formando um agente bioativo estável contendo rHDL, referido como um nanodisco. Outros utilizaram a rHDL para incorporação e transporte de imagiologia in vivo 7. Mais recentemente, a rHDL especializada composta por um arcabouço apolipoprotéico e o glicerofosfolipídeo aniônico, cardiolipina, tem sido empregada em estudos de ligação de ligantes. Essas partículas fornecem uma plataforma para estudos da interação da cardiolipina com vários ligantes solúveis em água, incluindo cálcio, citocromo c e o agente anticâncer doxorrubicina8.
O foco do presente estudo está na formulação de rHDL que possuam um agente bioativo hidrofóbico incorporado de forma estável (i.e. nanodisco). A capacidade desses agentes de se integrarem ao meio lipídico das partículas de rHDL discoidal lhes confere solubilidade aquosa. Como tal, os nanodiscos têm potencial para aplicações terapêuticas in vivo . Ao formular nanodiscos, condições específicas de incubação/reação são necessárias para incorporar com sucesso agentes bioativos hidrofóbicos discretos na partícula do produto, e o objetivo deste relatório é fornecer informações práticas detalhadas que podem ser usadas como um modelo fundamental para a criação de novas partículas de nanodiscos para aplicações específicas. Assim, no contexto deste manuscrito os termos nanodisco e nanodisco não são intercambiáveis. Enquanto nanodisco refere-se a um rHDL formulado para conter uma proteína transmembrana embutida em sua bicamada lipídica5, o termo nanodisco refere-se a um rHDL formulado para incorporar agentes bioativos hidrofóbicos de baixo peso molecular (< 1.000 Da), como a anfotericina B14.
Uma variedade de métodos está disponível para a aquisição de proteínas adequadas do arcabouço. É possível comprar proteínas de andaimes de fabricantes [por exemplo, apoA-I (SRP4693) ou apoE4 (A3234)], no entanto, o custo pode ser um fator limitante. Uma abordagem preferida é expressar proteínas recombinantes do arcabouço em Escherichia coli. São publicados protocolos para apoA-I9, apoE410 e apolipoforina-III humana e para a proteína de hemolinfa de insetos apolipoforina-III11. Para os experimentos aqui descritos, foi utilizado o domínio N-terminal (NT) humano recombinante da apoE4 (aminoácidos 1-183). A sequência de nucleotídeos que codifica apoE4-NT humana foi sintetizada e inserida em um vetor de expressão pET-22b (+) diretamente adjacente à sequência líder pelB codificada vetorialmente. Este construto leva à expressão de uma proteína de fusão da sequência líder da pelB-apoE4-NT. Após a síntese proteica, a sequência líder da pelB bacteriana direciona a proteína recém-sintetizada para o espaço periplasmático, onde a peptidase líder cliva a sequência da pelB. A proteína apoE4-NT resultante, sem tags de sequência ou caudas, posteriormente escapa da bactéria e se acumula no meio de cultura11,12, simplificando o processamento a jusante.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Amphotericin B</td>
			<td>Cayman Chemical Company</td>
			<td>11636</td>
			<td>ND Formulation &#38; Standard Preparation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ampicillin</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>BP17925</td>
			<td>Transformation &#38; Expansion</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ApoE4-NT Plasmid</td>
			<td>GenScript</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Transformation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Baffled Flask</td>
			<td>New Brunswick Scientific</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Expansion &#38; Expression</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BL21 competent E coli</td>
			<td>New England Biolabs</td>
			<td>C2527I</td>
			<td>Transformation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Centrifuge bottles</td>
			<td>Nalgene</td>
			<td>3140-0250</td>
			<td>Expression</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chloroform</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>G607-4</td>
			<td>ND Formulation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DMSO</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>472301</td>
			<td>Standard Prepartation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dymyristoylphosphatidylcholine</td>
			<td>Avanti Lipids</td>
			<td>850345P</td>
			<td>ND Formulation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Erlenmeyer flask</td>
			<td>Bellco Biotechnology</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Expansion &#38; Expression</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Falcon Tubes</td>
			<td>Sarstedt Ag &#38; Co</td>
			<td>D51588</td>
			<td>Yeast Viability Assay</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass borosilicate tubes</td>
			<td>VWR</td>
			<td>47729-570</td>
			<td>ND Formulation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>GraphPad (Software)</td>
			<td>Dotmatics</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Yeast Viability Assay</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heated Sonication Bath</td>
			<td>VWR</td>
			<td>N/A</td>
			<td>ND Formulaton</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heating and Nitrogen module</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>TS-18822</td>
			<td>ND Formulation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HiTrap Heparin HP (5 mL)</td>
			<td>GE Healthcare</td>
			<td>17-0407-03</td>
			<td>Purification</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isopropyl &#946;-D-1-thiogalactopyranoside&#160;</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>BP1755</td>
			<td>Expression</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>J-25 Centrifuge</td>
			<td>Beckman Coulter</td>
			<td>J325-IM-2</td>
			<td>Expression</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>JA-14 Rotor</td>
			<td>Beckman Coulter</td>
			<td>339247</td>
			<td>Expression</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lyophilizer</td>
			<td>Labconco</td>
			<td>7755030</td>
			<td>ND Formulation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Methanol</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>A452-4</td>
			<td>ND Formulation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nitrogen gas</td>
			<td>Praxair</td>
			<td>UN1066</td>
			<td>ND Formulation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NZCYM media</td>
			<td>RPI Research Products</td>
			<td>N7200-1000.0</td>
			<td>Expansion &#38; Expression</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pet-22B vector</td>
			<td>GenScript</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Transformation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Petri dish</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>FB0875718</td>
			<td>Transformation &#38; Expansion</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Quartz Cuvettes</td>
			<td>Fisher Brand</td>
			<td>14385 928A</td>
			<td>Spectral Analysis</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Shaking Incubator</td>
			<td>New Brunswick Scientific</td>
			<td>M1344-0004</td>
			<td>Transformation, Expansion, &#38; Expression</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Slide-A-Lyzer Buoys</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>66430</td>
			<td>Purification</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SnakeSkin Dialysis Tubing</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>68100</td>
			<td>Purification</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SnakeSkin Dialysis Tubing</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>88243</td>
			<td>Purification</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Chloride</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>S271</td>
			<td>Purification</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Phosphate dibasic</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>S374-500</td>
			<td>Purification</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Phosphate monobasic</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>BP329-500</td>
			<td>Purification</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spectra/POR Weighted Closures</td>
			<td>Spectrum Medical Industries</td>
			<td>132736</td>
			<td>Purification</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spectrophotometer</td>
			<td>Shimadzu UV-1800</td>
			<td>220-92961-01</td>
			<td>spectral analysis</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tabletop Centrifuge</td>
			<td>Beckman Coulter</td>
			<td>366816</td>
			<td>ND Formulation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>UVProbe 2.61 (Software)</td>
			<td>Shimadzu</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Spectral Analysis</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vacuum filter</td>
			<td>Millipore</td>
			<td>9004-70-0</td>
			<td>Expression &#38; Purification</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vacuum pump</td>
			<td>GAST Manufacturing Inc</td>
			<td>DOA-P704-AA</td>
			<td>Expression &#38; Purification</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vortex</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>12-812</td>
			<td>ND Formulation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Yeast</td>
			<td>N/A</td>
			<td>BY4741</td>
			<td>Yeast Viability Assay</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Yeast Extract-Peptone-Dextrose</td>
			<td>BD</td>
			<td>242820</td>
			<td>Yeast Viability Assay</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

formulation and characterization of bioactive agent containing nanodisks

O termo nanodisco refere-se a um tipo discreto de nanopartícula composto por uma bicamada formando lipídio, uma proteína de andaime e um agente bioativo integrado. Os nanodiscos são organizados como uma bicamada lipídica em forma de disco cujo perímetro é circunscrito pela proteína do andaime, geralmente um membro da família das apolipoproteínas trocáveis. Numerosos agentes bioativos hidrofóbicos têm sido eficientemente solubilizados em nanodiscos por sua integração no meio hidrofóbico da bicamada lipídica da partícula, produzindo uma população amplamente homogênea de partículas na faixa de 10-20 nm de diâmetro. A formulação de nanodiscos requer uma proporção precisa de componentes individuais, uma adição sequencial apropriada de cada componente, seguida de sonicação em banho da mistura de formulação. A proteína do arcabouço anfipático entra em contato espontaneamente e reorganiza a bicamada dispersa formando mistura lipídico/agente bioativo para formar uma população discreta e homogênea de partículas de nanodisco. Durante esse processo, a mistura de reação faz a transição de uma aparência opaca e turva para uma amostra clarificada que, quando totalmente otimizada, não produz precipitado após a centrifugação. Estudos de caracterização envolvem a determinação da eficiência de solubilização de agentes bioativos, microscopia eletrônica, cromatografia de filtração em gel, espectroscopia de absorbância no ultravioleta visível (UV/Vis) e/ou espectroscopia de fluorescência. Isto é normalmente seguido por uma investigação da actividade biológica utilizando células cultivadas ou ratinhos. No caso de nanodiscos que abrigam um antibiótico (isto é, o antibiótico polieno macrolídeo anfotericina B), sua capacidade de inibir o crescimento de leveduras ou fungos em função da concentração ou do tempo pode ser medida. A relativa facilidade de formulação, versatilidade em relação às partes componentes, tamanho de partícula em nanoescala, estabilidade inerente e solubilidade aquosa permitem inúmeras aplicações in vitro e in vivo da tecnologia de nanodiscos. No presente artigo, descrevemos uma metodologia geral para formulação e caracterização de nanodiscos contendo anfotericina B como agente bioativo hidrofóbico.

Processo de formulação de nanodiscos de agentes bioativos No procedimento de formulação de ampB-nanodisco descrito, a reação é considerada completa quando a aparência da amostra transita de turva para clara (Figura 1). Essa alteração indica que nanodiscos se formaram e que o agente bioativo foi solubilizado. Muitas vezes, os agentes bioativos absorvem luz na região do comprimento de onda visível (por exemplo, ampB, curcumina, luteína, coenzima Q10)...

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Formulation and Characterization of Bioactive Agent Containing Nanodisks

Aqui, descrevemos a produção e caracterização de agentes bioativos contendo nanodiscos. Os nanodiscos de anfotericina B são tomados como exemplo para descrever o protocolo de forma escalonada.

Formulação e caracterização de agentes bioativos contendo nanodiscos

The term nanodisk refers to a discrete type of nanoparticle comprised of a bilayer forming lipid, a scaffold protein, and an integrated bioactive agent. ...

Este protocolo fornece conhecimento prático, útil para a formulação de partículas em nanoescala, ou seja, nanodiscos, que incorporam de forma estável uma ampla gama de moléculas bioativas hidrofóbicas. Este método tem muitas aplicações práticas.A capacidade de conferir solubilidade aquosa a compostos bioativos insolúveis permite o uso de nanodiscos em aplicações de liberação de fármacos. O método descrito é simples. Prefere-se realizar estudos na escala descrita, cinco miligramas de fosfolipídio, dois miligramas de proteína do andaime, para que a formação de nanodiscos seja prontamente monitorada por inspeção visual.Quem demonstrará o procedimento serão Michael Karo e Matthew Swackhammer, estudantes de graduação pesquisadores do laboratório Ryan. Para preparar uma alíquota fosfolipídica, pese cinco miligramas de DMPC e transfira-o para um tubo de ensaio de vidro. Dissolva o fosfolipídeo adicionando 300 microlitros de clorofórmio e 100 microlitros de metanol para uma proporção de três para um.Evaporar o solvente orgânico colocando o tubo de ensaio de vidro sob uma corrente suave de gás nitrogênio por 10 a 15 minutos, de modo que uma fina película de fosfolipídio seco se forme ao longo das paredes da porção inferior do tubo. Para formular anfotericina B ou AmpB-Nanodisks, pipetar 450 microlitros de PBS para a alíquota fosfolipídica liofilizada e vórtice por 30 segundos para dispersar o lipídio. Pipetar 50 microlitros de 20 miligramas por mililitro de solução de AmpB de estoque na amostra de fosfolipídios dispersa e vórtice.Adicionar 500 microlitros de quatro miligramas por mililitro de proteína do arcabouço ApoE4 NT ao tubo de ensaio de vidro contendo o fosfolipídeo disperso e AmpB. Banho sonicar a amostra a 24 graus Celsius até que a solução se esclareça. Para diálise com AmpB-Nanodisk, prepare uma seção de tubo de diálise mergulhando-a completamente em água deionizada destilada por 10 minutos.Usando uma braçadeira de tubo de diálise, prenda uma extremidade da tubulação de diálise encharcada, garantindo que nenhum líquido possa escapar. Insira um funil de pescoço estreito na extremidade aberta do tubo de diálise e transfira a amostra de AmpB-Nanodisk para o tubo de diálise. Retire o funil e prenda a extremidade do tubo de diálise com outra braçadeira do tubo de diálise.Coloque um flutuador de diálise de espuma em uma das extremidades seladas do tubo de diálise e coloque o tubo de diálise montado no copo contendo um litro de tampão PBS recém-preparado. Coloque uma barra de agitação magnética no fundo do copo e ajuste o controle de agitação para baixo, garantindo que não produza um vórtice. Permitir que a diálise continue durante a noite a quatro graus Celsius.Ligue o espectrofotômetro acionando o botão liga/desliga e conecte-se a um computador de suporte correspondente pressionando o controle do PC. No computador de suporte, abra o software rotulado UVProbe 2.61 e conecte-se ao espectrofotômetro clicando em conectar" no canto inferior esquerdo. Clique no espectro e, em seguida, clique em método" na barra de ferramentas superior.Clique na guia de medição e insira 500 na caixa de texto "start" localizada sob a faixa de comprimento de onda e 300 na caixa de texto "end". Clique no menu suspenso ao lado da guia "velocidade de varredura" e defina-a como média. Prepare uma amostra em branco transferindo um mililitro de DMSO em duas cubetas de quartzo.Coloque ambas as cubetas nas respectivas portas de amostra do espectrofotômetro. Clique em branco automático" e registre um espectro de 300 a 500 nanômetros clicando em "iniciar" no canto inferior esquerdo. Para a análise espectral padrão da AmpB, remova a cubeta da porta de amostra frontal e adicione 20 microlitros de um miligrama por mililitro de solução estoque de AmpB.Coloque a cubeta de volta no painel de amostra e clique em "iniciar" para registrar a absorvância da amostra. Depois de registar a absorvância da amostra, remova a cubeta e decante o conteúdo líquido para um recipiente de resíduos. Enxaguar bem a cubeta com três lavagens de água deionizada, seguidas de três lavagens com etanol 70%.Para a análise espectral do AmpB-Nanodisk interrompido, prepare a amostra pipetando 20 microlitros de um miligrama por mililitro de estoque de AmpB-Nanodisk em um mililitro de DMSO e incube por um minuto antes de registrar o espectro. Carregue a cubeta na porta de amostra frontal e clique em "iniciar" para registrar a absorvância da amostra. Para a análise espectral de um branco tampão PBS, prepare um branco transferindo um mililitro de PBS em duas cubetas de quartzo.Carregue as cubetas na porta de amostra. Clique em "auto blank" e registre o espectro de 300 a 500 nanômetros. Para a análise espectral de uma amostra de AmpB-Nanodisk não perturbada, remova a cubeta da porta de amostra frontal e adicione 20 microlitros de uma amostra de um miligrama por mililitro de AmpB-Nanodisk no buffer PBS.Coloque a cubeta de volta no painel de amostras. Clique em "Iniciar" e registre o espectro de amostra. A reação de formulação AmpB-Nanodisk é considerada completa quando a aparência da amostra faz a transição de turva para clara.Espectroscopia de absorção UV visível de amostras de AmpB em DMSO e PBS é mostrada. Em DMSO, três máximos de absorbância distintos em 372, 392 e 415 nanômetros, picos indicativos de AmpB, foram observados. Os espectros de absorbância dos nanodiscos AmpB em PBS mostraram um único pico de absorbância maior em um comprimento de onda mais curto.Em comparação, os espectros de absorbância de AmpB-Nanodisks em DMSO pareceram semelhantes aos espectros de estoque de AmpB. A atividade biológica dos nanodiscos AmpB foi realizada avaliando-se ensaios de inibição do crescimento de leveduras. Amostras de controle como PBS, DMSO e lipoproteínas de alta densidade reconstituídas demonstraram que outros componentes de nanodiscos além de AmpB não têm efeito discernível sobre o crescimento de leveduras.O controle positivo confirmou que a AmpB é um eficiente inibidor do crescimento de leveduras. No caso dos nanodiscos AmpB, foi observada atividade inibitória do crescimento dependente da concentração. Nem todas as preparações de nanodiscos são iguais.Alguns podem exigir mais tempo, lipídios diferentes, ou diferentes proteínas de andaime. Eles são apenas indistintos} é o esclarecimento da amostra do nanodisco. Esta técnica levou a novas nanopartículas usadas para estudar a cardiotoxicidade induzida pela doxorrubicina, apoptose, interações de ligantes, e entregou numerosas moléculas bioativas insolúveis aquosas, incluindo luteína e curcumina.

Research

JoVE Journal

Biochemistry

Combining Wet and Dry Lab Techniques to Guide the Crystallization of Large Coiled-coil Containing Proteins

Combinando Wet and Dry técnicas de laboratório para orientar a cristalização de grandes espiral enrolada contendo proteínas

Obtaining crystals for structure determination can be a difficult and time consuming proposition for any protein. Coiled-coil proteins and domains are ...

Bioquímica

Biochemical and Structural Characterization of the Carbohydrate Transport Substrate-binding-protein SP0092

Caracterização bioquímica e estrutural do carboidrato transporte proteína-substrato-SP0092

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Structural Characterization of Mannan Cell Wall Polysaccharides in Plants Using PACE

Caracterização estrutural de polissacarídeos de parede celular Medeiros em plantas usando a ritmo

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Simultaneous Measurement of Superoxide/Hydrogen Peroxide and NADH Production by Flavin-containing Mitochondrial Dehydrogenases

Medição simultânea de peróxido de hidrogénio superóxido e produção de NADH por desidrogenases mitocondriais contendo Flavin

It has been reported that mitochondria can contain up to 12 enzymatic sources of reactive oxygen species (ROS). A majority of these sites include ...

Characterization of Glycoproteins with the Immunoglobulin Fold by X-Ray Crystallography and Biophysical Techniques

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Functional Characterization of Carboxylesterases in Insecticide Resistant House Flies, Musca Domestica

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Caracterização funcional de Carboxylesterases em casa resistente a inseticida moscas, Musca Domestica

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Expression, Purification, Crystallization, and Enzyme Assays of Fumarylacetoacetate Hydrolase Domain-Containing Proteins

Expressão, purificação, cristalização e ensaios enzimáticos de proteínas contendo domínio de Fumarilacetoacetato de hidrolase

Fumarylacetoacetate hydrolase (FAH) domain-containing proteins (FAHD) are identified members of the FAH superfamily in eukaryotes. Enzymes of this ...

Use of Alu Element Containing Minigenes to Analyze Circular RNAs

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Uso do elemento Alu contendo Minigenes para analisar RNAs circulares

In addition to linear mRNAs, many eukaryotic genes generate circular RNAs. Most circular RNAs are generated by joining a 5&#39; splice site with an ...

Characterization of Membrane Transporters by Heterologous Expression in E. coli and Production of Membrane Vesicles

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Several methods have been developed to functionally characterize novel membrane transporters. Polyamines are ubiquitous in all organisms, but polyamine ...