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O acúmulo de tecido conjuntivo fibroso como parte do processo natural de cicatrização de feridas após a lesão tecidual é conhecido como fibrose. No entanto, se a deposição de tecido fibroso não terminar e continuar além do necessário para o reparo tecidual, a fibrose se torna excessiva 1,2. A fibrose excessiva prejudica a fisiologia e a função dos órgãos e pode levar a danos aos órgãos e potencialmente falência dos órgãos 3,4,5. Dois principais impulsionadores da fibrose são as proteínas da matriz extracelular (MEC) colágeno tipo I e tipoIII 6. O colágeno é uma proteína estrutural encontrada em vários órgãos que compõe aproximadamente um terço do conteúdo total de proteínas do corpo humano1. Existem 28 tipos diferentes de colágenos identificados pelo sequenciamento do genoma humano, e os mais abundantes são os colágenos fibrilares7. O colágeno fibrilar primário é o colágeno tipo I, que fornece à MEC resistência à tração e resistência à deformação8. O colágeno tipo III é um componente estrutural que fornece elasticidade e colocaliza com o colágeno tipo I. É expresso durante a embriogênese e é encontrado naturalmente em pequenas quantidades na pele, músculos e vasos sanguíneos adultos9.
A síntese de colágeno in vivo começa com um processo intracelular no qual o mRNA é transcrito no núcleo e depois se move para o citoplasma, onde é traduzido. Após a tradução, a cadeia formada sofre modificação pós-traducional no retículo endoplasmático, onde o pró-colágeno (o precursor do colágeno) é formado. O pró-colágeno então viaja para o aparelho de Golgi para modificação final antes de ser excretado para o espaço extracelular10. Através da clivagem proteolítica, o pró-colágeno é transformado em tropocolágeno. Este é então reticulado por meio de uma via de reticulação mediada por enzima catalisada pela enzima lisil oxidase (LOX) ou por meio de uma via de reticulação não mediada por enzima envolvendo a reação de Maillard11. Os protocolos in vitro para imobilizar o colágeno dependem principalmente da capacidade do colágeno de se auto-montar. O colágeno é extraído dos tecidos com base em sua solubilidade, que depende em grande parte da extensão da reticulação das fibrilas de colágeno individuais7. O colágeno fibrilar é dissolvido em ácido acético e as fibrilas podem se reformar quando o pH e a temperatura são ajustados12. In vitro, a fibrilogênese do colágeno pode ser vista como um processo de dois estágios7. O primeiro estágio é a fase de nucleação, onde as fibras de colágeno formam dímeros e trímeros A segunda fase é a fase de crescimento, onde as fibrilas começam a crescer lateralmente e resultam na formação característica da banda D, que geralmente é observada por mudanças na turbidez7. Estudos de microscopia de força atômica (AFM) também revelaram que o colágeno tipo I e tipo III têm características diferentes (Tabela 1)13.
Para estudar as interações de ligação entre o colágeno e outros compostos, o colágeno precisa ser imobilizado de forma reprodutível nos poços das microplacas. Existem vários protocolos para imobilização do colágeno solúvel 14,15,16. Microplacas disponíveis comercialmente que são pré-revestidas com colágeno são normalmente usadas para cultura de células. No entanto, as microplacas pré-revestidas têm uma camada muito fina de uma quantidade desconhecida de colágeno revestida nos poços, o que as torna inadequadas para ensaios de ligação in vitro. Existem vários desafios ao imobilizar colágeno nos poços da placa. Um dos principais desafios é escolher um tipo adequado de microplaca, porque diferentes tipos de colágenos (por exemplo, tipo I e III) têm propriedades químicas diferentes e, portanto, imobilizam de forma mais estável e eficaz, dependendo do material da microplaca. Outro desafio são as condições experimentais do protocolo de imobilização, pois o processo de fibrilogênese depende de múltiplos fatores, incluindo temperatura, pH, concentração estoque de colágeno e concentração iônica do tampão7.
Para estudar as interações entre o colágeno (o alvo) e outros compostos (ou seja, um peptídeo alvo), também é necessário desenvolver um ensaio de triagem robusto para investigar a especificidade e seletividade do composto em direção ao alvo, medindo a constante de dissociação, Kd. A posição do equilíbrio de formação de um complexo bimolecular entre uma proteína (colágeno) e um ligante é expressa em termos da constante de associação Ka, cuja magnitude é proporcional à afinidade de ligação. No entanto, mais comumente, os bioquímicos expressam relações de afinidade em termos da constante de dissociação de equilíbrio, Kd, do complexo bimolecular, que é definido como Kd = 1 / Ka (Kd e é o inverso de Ka). Quanto menor o valorde K d, mais forte é a força de ligação entre a proteína e o ligante. A vantagem de usar Kd para comparar a afinidade de ligação de diferentes ligantes para a mesma proteína (e vice-versa) está ligada ao fato de que as unidades de Kd para um complexo bimolecular são mol / L (ou seja, unidade de concentração). Na maioria das condições experimentais, o valor de Kd corresponde à concentração do ligante que leva a 50% de saturação dos sítios de ligação disponíveis no alvo no equilíbrio17,18. A constante de dissociação é normalmente extraída analisando a ocupação fracionada do receptor (FO), que é definida como a razão entre os locais de ligação ocupados e o total de locais de ligação disponíveis, em função da concentração do ligante. Isso pode ser feito desde que um ensaio analítico capaz de distinguir e medir a quantidade de ligante ligado esteja disponível.
Os ensaios de ligação ao ligante in vitro podem ser realizados usando vários métodos bioanalíticos, incluindo fotometria óptica, métodos de radioligante, espectrometria de massa com plasma indutivamente acoplado (ICP-MS) e ressonância plasmônica de superfície (SPR). Dentre os métodos fotométricos, aqueles baseados na emissão de fluorescência normalmente requerem a marcação de ligantes ou proteínas com fluoróforos para aumentar a sensibilidade e melhorar o limite de detecção do ensaio. Os quelatos de certos íons lantanídeos (III), como Eu (III), são muito atraentes como fluoróforos, pois têm grandes deslocamentos de Stokes, bandas de emissão estreitas (fornecendo uma boa relação sinal-ruído), fotobranqueamento limitado e longa vida útil de emissão. É importante ressaltar que a última propriedade permite o uso de fluorescência resolvida no tempo (TRF) de fluoróforos Eu(III) para abolir a autofluorescência de fundo19. Na versão de imunoensaio fluorescente de lantanídeo com dissociação aprimorada (DELFIA) do ensaio TRF baseado em Eu(III), os ligantes marcados com um quelato de Eu(III) não luminescente são incubados com o receptor imobilizado em microplacas. O complexo ligante/receptor marcado é separado do ligante não ligado, e a fluorescência Eu(III) é ativada pela dissociação do complexo Eu(III) em um pH ácido, seguida de recomplexação com um quelante que aumenta a fluorescência para formar um complexo Eu(III) altamente fluorescente embebido em micela20.
A etapa de descomplexação pode ser razoavelmente alcançada com quelantes, como o pentaacetato de dietilenotriamina (DTPA), que apresentam cinética de descomplexação rápida. No entanto, complexos Eu(III) com certos quelantes macrocíclicos, como DOTA (ácido 1,4,7,10-tetraazaciclododecano1,4,7,10-tetracético) e seus derivados monoamida (DO3AAm), apresentam alta estabilidade termodinâmica e inércia cinética muito alta. Nesse caso, as etapas de descomplexação devem ser otimizadas com precisão para obter ativação suficiente e reprodutível do TRF21 baseado em Eu(III). Vale ressaltar que os complexos lantanídeos (Ln(III))-DOTA e Ln(III)-DO3AAm são os mais comumente empregados como agentes de contraste para imagens moleculares in vivo por técnicas de ressonância magnética (RM)22. Assim, o ensaio TRF baseado em Ln(III) é a ferramenta de escolha para estudar in vitro a afinidade de ligação de sondas moleculares de ressonância magnética com seus alvos biológicos pretendidos. Atualmente, faltam protocolos abrangentes e reprodutíveis para imobilizar colágeno tipo I e tipo III e um pipeline reprodutível para realizar experimentos de TRF Eu(III) de ligação in vitro . Para superar essas limitações, foram desenvolvidos métodos reprodutíveis para automontar e imobilizar o colágeno tipo I e tipo III e gerar géis e filmes estáveis, respectivamente, com a concentração suficiente de colágeno necessária para ensaios de ligação in vitro . Um protocolo otimizado para Eu(III) TRF de complexos à base de Eu(III)-DO3Aam altamente inertes é apresentado. Finalmente, um ensaio TRF de microplaca Eu(III) otimizado in vitro para medir o Kd de ligantes marcados com Eu(III) em direção ao colágeno tipo I e tipo III imobilizado é demonstrado (Figura 1).