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Por várias décadas, materiais sintéticos e naturais foram explorados para uso como andaimes na engenharia de tecidos1,2. Embora os materiais sintéticos, como polímeros, ofereçam excelente integridade estrutural e propriedades mecânicas ajustáveis, eles geralmente têm bioatividade insuficiente para promover o crescimento e a infiltração dos tecidos. Por outro lado, materiais naturais como proteínas de matriz extracelular (MEC) têm excelente atividade biológica, mas têm limitações como variabilidade lote a lote, degradação rápida e problemas de imunogenicidade. Dessa forma, as proteínas recombinantes são desejadas, uma vez que podem ser projetadas para mimetizar apenas as propriedades desejáveis das proteínas nativas3,4.
A engenharia de proteínas recombinantes tem atraído amplo interesse como uma plataforma versátil para o design e produção de novos biopolímeros de proteínas artificiais. Ao controlar a sequência genética, as funcionalidades das proteínas artificiais podem ser adaptadas para uma ampla variedade de aplicações5,6. Em particular, as proteínas artificiais da matriz extracelular (aECM) podem ser adaptadas para ter múltiplas funcionalidades para aplicações em engenharia de tecidos, regeneração e reparo de feridas2,7. Mais importante, os avanços nas tecnologias de clonagem e purificação aumentaram a escalabilidade e reduziram tremendamente o custo de fabricação de proteínas recombinantes. É possível produzir grandes quantidades de proteínas recombinantes com baixo custo de produção e econômicas para uso na clínica5.
Proteínas artificiais da matriz extracelular foram desenvolvidas para aplicaçõesde engenharia de tecidos 8-11. Por exemplo, Tirrell et al. projetaram um enxerto vascular de pequeno diâmetro usando proteínas artificiais contendo fibronectina CS5 e repetições semelhantes à elastina (ELP-CS5). Eles mostraram que as células endoteliais da veia umbilical humana (HUVECs) foram capazes de aderir e crescer nesses materiais12. Outros também incorporaram sequências bioativas curtas retiradas de fibronectina, colágeno, laminina, fibrinogênio e vitronectina, bem como domínios estruturais que imitam elastina, seda de aranha e colágenos para criar uma variedade de proteínas de fusão10. Filmes reticulados em massa feitos de proteínas aECM à base de elastina também exibiram propriedades mecânicas semelhantes às da elastina nativa (os módulos elásticos variam entre 0,3-0,6 MPa) 13 . Posteriormente, também foi relatado que proteínas aECM contendo fragmentos de fibronectina mais longos aceleram a cicatrização de feridas in vitro devido ao aumento das afinidades de ligação à integrina8.
Recentemente, proteínas ECM artificiais específicas para integrina foram desenvolvidas por Tjin e colaboradores14. Cada proteína aECM contém um domínio de ligação celular bioativo retirado de componentes ECM da pele humana nativa2,7,15, como laminina-5, colágeno-IV e fibronectina. Por exemplo, a integrina α3Β1 demonstrou se ligar à sequência PPFLMLLKGSTR encontrada no domínio globular 3 da cadeia laminina-5 alfa-3 (LG3) 16 , 17 . Em seu relatório, eles mostraram que os queratinócitos epidérmicos primários da pele humana envolvem preferencialmente diferentes integrinas para se ligar a cada uma das proteínas aECM, dependendo do tipo de domínio de ligação celular presente.
As proteínas aECM discutidas no trabalho de Tjin et al. contêm domínios semelhantes à elastina flanqueadores {(VPGIG)2VPGKG(VPGIG)2}8 que conferem elasticidade que imita as propriedades mecânicas da pele humana. Além disso, a incorporação de resíduos de lisina nas repetições semelhantes à elastina também aumenta a solubilidade geral da proteína em solventes aquosos. Além disso, os resíduos de lisina também servem como locais de reticulação para facilitar a formação de filmes de aECM reticulados12. A inclusão de repetições semelhantes à elastina na sequência da proteína aECM permite que as proteínas sejam prontamente purificadas por meio do Ciclo de Transição Inversa (ITC) 14 . As elastinas passam por uma transição de fase acentuada e reversível a uma temperatura específica conhecida como temperatura crítica inferior da solução (LCST) ou temperatura de transição inversa (Tt)18-20. Elastinas e repetições semelhantes a elastinas adotam conformações de bobinas aleatórias hidrofílicas abaixo de seu LCST e tornam-se solúveis em água, enquanto acima de seu LCST, as elastinas se agregam rapidamente em partículas de tamanho de mícron. Essas transições de fase são reversíveis e, portanto, podem ser exploradas para permitir que as proteínas aECM à base de elastina sejam prontamente purificadas por meio da técnica ITC21.
Neste trabalho, relatamos um procedimento generalizado para projetar, construir e purificar proteínas ECM artificiais contendo domínios bioativos de ligação celular, fundidos a repetições semelhantes à elastina. O processo para projetar e clonar os plasmídeos que codificam as sequências de aminoácidos para as proteínas aECM é descrito. As etapas envolvidas para purificar as proteínas aECM usando ITC são descritas. Finalmente, os métodos para determinar a pureza das proteínas aECM obtidas usando eletroforese SDS-PAGE e Western Blotting são discutidos.