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Durante varias décadas, se han explorado tanto los materiales sintéticos como los naturales para su uso como andamios en la ingeniería de tejidos1,2. Si bien los materiales sintéticos, como los polímeros, ofrecen una excelente integridad estructural y propiedades mecánicas ajustables, a menudo tienen una bioactividad insuficiente para promover el crecimiento y la infiltración de tejidos. Por otro lado, los materiales naturales, como las proteínas de la matriz extracelular (MEC), tienen una excelente actividad biológica, pero tienen limitaciones como la variabilidad de un lote a otro, la rápida degradación y los problemas de inmunogenicidad. Como tal, las proteínas recombinantes son deseables, ya que pueden diseñarse para imitar solo las propiedades deseables de las proteínas nativas3,4.
La ingeniería de proteínas recombinantes ha despertado un amplio interés como plataforma versátil para el diseño y la producción de nuevos biopolímeros de proteínas artificiales. Mediante el control de la secuencia genética, las funcionalidades de las proteínas artificiales pueden adaptarse a una amplia variedad de aplicaciones5,6. En particular, las proteínas de la matriz extracelular artificial (aECM) pueden adaptarse para que tengan múltiples funcionalidades para aplicaciones en ingeniería de tejidos, regeneración y reparación de heridas2,7. Y lo que es más importante, los avances en las tecnologías de clonación y purificación han aumentado la escalabilidad y reducido enormemente el coste de fabricación de proteínas recombinantes. Es posible producir grandes cantidades de proteínas recombinantes a bajos costos de producción, que son económicas para su uso en la clínica5.
Se han desarrollado proteínas de matriz extracelular artificial para aplicaciones de ingeniería de tejidos8-11. Por ejemplo, Tirrell et al. diseñaron un injerto vascular de pequeño diámetro utilizando proteínas artificiales que contenían la secuencia de fibronectina CS5 y repeticiones similares a la elastina (ELP-CS5). Demostraron que las células endoteliales de la vena umbilical humana (HUVECs) eran capaces de adherirse y crecer en estos materiales12. Otros también han incorporado secuencias bioactivas cortas tomadas de fibronectina, colágeno, laminina, fibrinógeno y vitronectina, así como dominios estructurales que imitan la elastina, la seda de araña y los colágenos para crear una variedad de proteínas de fusión10. Las películas reticuladas a granel hechas de proteínas aECM basadas en elastina también mostraron propiedades mecánicas similares a las de la elastina nativa (los módulos elásticos oscilan entre 0,3 y 0,6 MPa)13. Posteriormente, también se informó que las proteínas aECM que contienen fragmentos de fibronectina más largos aceleran la cicatrización de heridas in vitro debido al aumento de las afinidades de unión a integrinas8.
Recientemente, Tjin y sus colaboradores han desarrollado proteínas ECM artificiales específicas de integrina14. Cada proteína aECM contiene un dominio de unión celular bioactivo tomado de los componentes de la ECM de la piel humana nativa2,7,15, como la laminina-5, el colágeno-IV y la fibronectina. Por ejemplo, se ha demostrado que la integrinaα 3Β1 se une a la secuencia PPFLMLLKGSTR que se encuentra en el dominio globular 3 de la cadena alfa-3 de laminina-5 (LG3)16,17. En su informe, demostraron que los queratinocitos epidérmicos primarios de la piel humana involucran preferentemente diferentes integrinas para unirse a cada una de las proteínas aECM, dependiendo del tipo de dominio de unión celular presente.
Las proteínas aECM discutidas en el trabajo de Tjin et al. contienen dominios flanqueantes similares a la elastina {(VPGIG)2VPGKG(VPGIG)2}8 que confieren elasticidad que imita las propiedades mecánicas de la piel humana. Además, la incorporación de residuos de lisina dentro de las repeticiones similares a la elastina también aumenta la solubilidad general de las proteínas en disolventes acuosos. Además, los residuos de lisina también sirven como sitios de reticulación para facilitar la formación de películas de aECM reticuladas12. La inclusión de repeticiones similares a la elastina dentro de la secuencia de proteínas aECM permite que las proteínas se purifiquen fácilmente a través del ciclo de transición inversa (ITC)14. Las elastinas experimentan una transición de fase brusca y reversible a una temperatura específica conocida como temperatura de solución crítica más baja (LCST) o temperatura de transición inversa (Tt)18-20. Las elastinas y las repeticiones similares a la elastina adoptan conformaciones de bobinas aleatorias hidrofílicas por debajo de su LCST y se vuelven solubles en agua, mientras que por encima de su LCST, las elastinas se agregan rápidamente en partículas de tamaño micrométrico. Estas transiciones de fase son reversibles y, por lo tanto, pueden aprovecharse para permitir que las proteínas aECM basadas en elastina se purifiquen fácilmente mediante la técnica ITC21.
En este trabajo, informamos de un procedimiento generalizado para diseñar, construir y purificar proteínas artificiales de ECM que contienen dominios de unión celular bioactivos, fusionados con repeticiones similares a la elastina. Se describe el proceso para diseñar y clonar los plásmidos que codifican para las secuencias de aminoácidos de las proteínas aECM. Se describen los pasos necesarios para purificar las proteínas aECM mediante ITC. Finalmente, se discuten los métodos para determinar la pureza de las proteínas aECM obtenidas mediante electroforesis SDS-PAGE y Western Blotting.