Nanopartículas poliméricas funcionales como material para purificar proteínas

Abstract

La Biotecnología Industrial requiere de procesos más eficientes e integrados que permitan reducir los altos costos de producción. Son especialmente importantes los procesos de recuperación y purificación de bioproductos, donde se encuentran los costos operativos más altos. Dentro de esta área de estudio, la investigación y desarrollo en Nanotecnología para purificar proteínas promete aportar importantes mejoras a partir del desarrollo de nuevos materiales adsortivos más eficientes que reemplacen a las columnas cromatográficas. En este contexto, a lo largo de este Trabajo de Tesis se presenta la preparación y caracterización de nanocompuestos poliméricos (NCPs) funcionales basados en nanopartículas (NPs) de sílica, un silicato de uso industrial de baja toxicidad, modificada con poli metacrilatos para su aplicación en recuperación específica de proteínas a partir de extractos crudos. Los materiales se prepararon mediante una técnica de polimerización por injerto inducida por radiación ionizante de 60Co. Los nanomateriales obtenidos fueron caracterizados mediante diversas técnicas espectroscópicas. A partir de las mismas se pudo deducir que los NCPs contienen porcentajes variables entre 1 y 45 % p/p de polimetacrilatos con diámetros de partícula entre 60 y 190 nm, de acuerdo a la relación de reactivos iniciales en la preparación. Se obtuvieron cuatro tipos de NCPs con una distribución altamente monodispersa con una superficie del tipo polimérica. Dichos resultados permitieron considerar a los materiales obtenidos como unidades nanométricas compuestas del tipo “budín con pasas” de polimetacrilatos conteniendo NPs de sílica en su interior. Los NCPs obtenidos fueron funcionalizados con grupos sulfónicos, una símil Proteína A y un grupo quelante (Ni+2). La caracterización espectroscópica confirmó la presencia de las modificaciones en los materiales. Los NCPs funcionalizados (NCPs-X) fueron estudiados para adsorber específicamente proteínas modelo como la Lisozima, Inmunoglobulinas G y una proteína recombinante con etiqueta de histidinas. En todos los casos se obtuvieron capacidades adsortivas iguales o superiores a las matrices comerciales. La capacidad de purificación de proteínas de los NCPs-X a partir de extractos crudos de proteínas también resultó en capacidades iguales o superiores a los materiales comerciales. Finalmente se utilizó uno de los NCPs funcionales para integrarlo a un sistema purificación basado en dos fases acuosas del tipo PEG/Fosfato. Todos los sistemas estudiados mostraron un gran aumento de los factores de purificación, asimilando el proceso a un sistema comercial de purificación por cromatografía en columna. Este trabajo sienta las bases para el desarrollo de nuevos sistemas de purificación en batch integrados y escalables en base a NCPs. Estos nuevos sistemas pueden potencialmente reemplazar los sistemas cromatográficos en columna, sin resignar pureza y rendimiento en la obtención de un bioproducto.