A biotecnologia abrange uma ampla gama de disciplinas, desde o uso de micróbios na produção de alimentos ao desenvolvimento de órgãos artificiais. De fato, uma das primeiras áreas de aplicação da biotecnologia foi o processo de produção de vinho. Em geral, a biotecnologia pode ser definida como uma tecnologia baseada em biologia. Utilizando processos celulares e biomoléculares para desenvolver tecnologias e produtos que melhoram nossa qualidade de vida e o meio ambiente da Terra.

[Tratamento de superfície & Revestimentos / Biomateriais e dispositivos médicos]

À medida que a pesquisa médica avança, substituir ou apoiar estruturas biológicas ausentes com implantes tornou-se prática.

As superfícies dos biomateriais são frequentemente projetadas e ajustadas para regular suas propriedades físicas e químicas e melhorar a função dos biomateriais em cada aplicação. Dependendo do uso e da função necessários, pode ser fabricado a partir de uma variedade de materiais diferentes, incluindo titânio, plásticos diferentes, silicone ou fosfato.

O que todos os materiais têm em comum é que devem ser biocompatíveis, o que geralmente é alcançado através de diferentes tratamentos de superfície ou a adição de revestimentos. Oferecemos uma variedade de instrumentos para ajudá-lo a projetar, fabricar, caracterizar e avaliar as propriedades de superfície e desempenho de biomateriais.

Projeto e fabricação de revestimentos biocompatíveis

Os dispositivos médicos são geralmente feitos de vários metais colocados diretamente no corpo. Nos últimos anos, diferentes revestimentos foram frequentemente usados ​​para melhorar a biocompatibilidade de dispositivos médicos. Além da biocompatibilidade básica, outras propriedades necessárias, como a resposta a vários estímulos, capacidade de transferência de medicamentos e qualidade antibacteriana, também podem ser ajustadas nesses revestimentos de biomateriais.

Os polímeros são uma classe de revestimentos de superfície muito atraentes para aplicações biomédicas e biológicas. Os polímeros não só mostram boa biocompatibilidade, mas também possibilitam a transferência de medicamentos. Os polímeros podem ser facilmente modificados na superfície e podem ser degradados ao longo do tempo quando não são mais necessários. Dentro da gama de polímeros disponíveis, a membrana multicamada de polieletrólito fornece muitosPossibilidade de criar revestimentos de superfície com propriedades desejadas e, portanto, são amplamente aplicados em biomateriais. Estes revestimentos também podem ser modificados para liberar medicamentos ou péptidos ativos. Escovas de polímero que respondem às mudanças de temperatura, pH e intensidade iónica também são populares.

A membrana multicamada do polieletrólito é gerada por meio da montagem de camadas de poli-íons e poli-íons. A técnica de montagem de camadas usando máquinas de impregnação não só provou ser uma excelente maneira de depositar polieletrólitos, mas também permite depositar partículas inorgânicas ou biomoléculas ativas na superfície de biomateriais, com a vantagem de revestir superfícies complexas.

A fixação de nanopartículas de hidroxifosfato e TiO 2 em PMMA de polimetil acrilato por deposição de montagem de camadas estabeleceu um método de revestimento não térmico simples e rápido (ACS Appl.Mater.and Interfaces 2016, 8, 35565-35577). Em outro estudo, nanocristais porosos de celulose e membranas de nanocompostos CNC / PVA de poli (vinil) com espessura de 25-70 nm foram depositados em um fundo de vidro usando montagem de camadas (ACS Appl. Mater. and Interfaces 2014, 6, 12674-12683).

A tecnologia QCM-D é frequentemente usada para monitorar e caracterizar a construção e a resposta de escovas de polímeros e membranas multicamadas de polieletrólitos. A construção camada por camada da membrana de polieletrólito pode ser caracterizada em tempo real de acordo com a taxa de adsorção, espessura da membrana e rigidez, ou as interações subsequentes na membrana, incluindo reticulação, inflação, calcificação, transferência de drogas e adesão celular.

Caracterização e avaliação da biocompatibilidade

Como os biomateriais são combinados com o ambiente biológico para substituir ou melhorar órgãos ou outras funções corporais, o desempenho e a biocompatibilidade dos biomateriais ou dispositivos médicos dependem fortemente da interação entre a superfície do biomaterial e seu ambiente fisiológico.

A biocompatibilidade dos biomateriais pode ser estudada através da medição do ângulo de contato para caracterizar a adesão das células ao biomaterial. O pequeno ângulo de contato com água e a alta liberdade de superfície indicam que o material tem boas propriedades de adesão. A rugosidade da superfície também afeta as interações entre biomateriais e células.

A biocompatibilidade e a umidificação também desempenham um papel importante no desenvolvimento das lentes de contato, onde as lentes confortáveis requerem uma boa umidificação.

O QSense QCM-D avalia a biocompatibilidade com base nas propriedades da interação entre a superfície e o ambiente fisiológico, respondendo a perguntas sobre a quantidade de absorção de proteínas, o grau em que as células se ligam a diferentes materiais, a resposta imunológica induzida pela superfície e como modificar a superfície de um material para otimizar sua função. Portanto, é uma ferramenta eficaz para explorar, caracterizar e otimizar as propriedades dos biomateriais.

Biocompatibilidade de superfícies porosas de titânio

A rugosidade da superfície deve ser considerada ao medir o ângulo de contato em uma superfície de biomaterial áspero. O titânio é um metal comumente usado em aplicações de implante ósseo. Um certo grau de porosidade é benéfico para a integração óssea e, portanto, a medição da rugosidade da superfície é um trabalho convencional no desenvolvimento de biomateriais. A medição do ângulo de contato de correção de rugosidade pode separar o efeito da rugosidade sobre o valor do ângulo de contato.

Digest Aplicado – Efeitos da morfologia e da umidificação na biocompatibilidade

[Rufusidade da superfície e umidificação Download]

Propriedades de umidificação das lentes de contato

A umidificabilidade das lentes de contato é uma medida da capacidade da lente de suportar a membrana lacrimógena contínua e resistente à ruptura em sua superfície. As lentes com umidificação limitada são desconfortáveis e o desempenho visual diminui. Utilize diferentes tipos de revestimento para melhorar a qualidade das lentes.

Avalie as propriedades de umidificação das lentes de contato com medições estáticas e dinâmicas de ângulo de contato. Geralmente é medido usando o método de captura de bolhas, pois pode imitar a condição do olho e manter a lente na superfícieestado de hidratação. O canto traseiro simula o que acontece quando as pálpebras se abrem e a lágrima começa a quebrar na lente. Por outro lado, o ângulo de avanço simula o que acontece quando as pálpebras estão fechadas e a lágrima na lente começa a se recuperar.

Download do resumo do aplicativo: "Lentes de contato para pesquisa com captura de bolhas"

Caracterizar a adsorção de proteínas em tempo real

Quando os materiais biológicos ou dispositivos médicos são colocados no corpo, as proteínas começam a se aderir à superfície quase imediatamente. Em alguns casos, como os implantes de cirurgia plástica, essa adsorção é benéfica, uma vez que as proteínas podem promover a ligação das células para que o implante se ligue orgânicamente. Em outros casos, como o stent, porque a adsorção de certas proteínas, especialmente fibrogênos, pode causar ligação plaquetar e subsequente coagulação ou resposta imunológica, a adsorção de proteínas é geralmente desfavorável. A configuração da proteína também pode determinar a atividade de uma superfície e as reações biológicas que podem acompanhar. Dependendo da aplicação específica, a superfície do material pode ser modificada para promover o efeito desejado.

A tecnologia QCM-D permite analisar a adsorção de proteínas em várias superfícies em tempo real. Especificamente, a quantidade de proteínas ligadas e a taxa de adsorção podem ser analisadas. Informações de conformação também podem ser deduzidas da resposta de dispersão, especialmente quando a proteína tem uma forma esticada. Isso ajuda a triar novos materiais e modificações de superfície para dispositivos médicos e ajuda a entender os mecanismos de adsorção das proteínas.

Caracterização em tempo real da adesão e expansão celular

A adesão das células à superfície do biomaterial pode ser o principal fator que regula sua biocompatibilidade e integração. Por exemplo, a adesão de ossófitos e fibrócitos pode promover a reparação de tecidos e a cicatrização de feridas. A adesão celular depende das propriedades da superfície, como a energia superficial, a rugosidade e a adsorção das proteínas na superfície.

A tecnologia QCM-D oferece umaEspecialUma maneira de monitorar as células, seja durante a adesão celular inicial, seja durante o processo de expansão celular e durante a morfologia em tempo real. O módulo de janela QSense permite pesquisas de QCM-D e microscópio óptico simultaneamente, associando as mudanças morfológicas das células às propriedades viscoelásticas.

Caracterização da Biomineralização

A integração ou fixação de biomateriais dentro da estrutura óssea é um passo fundamental para o sucesso do implante. Uma das principais razões para o fracasso do implante é a má fixação do biomaterial ao osso. Para melhorar a fixação do implante, o revestimento biocerâmico de fosfato de cálcio (CaP) é usado como interface bioativa entre o implante e os tecidos circundantes. Estes revestimentos podem ser preparados em camadas múltiplas de polieletrólito, com uma superfície modificada que induz a nucleação e o crescimento controlado do cristal de CaP. Este método tem a vantagem de ser aplicado a formas complexas e materiais porosos.

O QCM-D pode ser usado para monitorar a velocidade e a extensão da biomineralização em tempo real para entender os mecanismos de biomineralização e ajustar a função da membrana multicamada do polieletrólito.

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[Proteína em materiais biológicos]

[Tratamento de superfície & Revestimento / Farmacêutica]

Há uma grande quantidade de superfícies na pesquisa e desenvolvimento de medicamentos que precisam ser consideradas e adaptadas ao seu comportamento e desempenho para obter um bom desempenho na interação com o ambiente.

Esta superfície típica é o revestimento de produtos como comprimidos farmacêuticos, cujas propriedades afetam significativamente a entrega e liberação de compostos farmacêuticos. Outras superfícies muito importantes são aquelas em que o medicamento entra em contato durante as fases de formulação, armazenamento e administração, bem como as situações em que cada interação de superfície pode afetar a estabilidade do medicamento.

Desenvolvimento de medicamentos

QSenseA sensibilidade à qualidade do nível de nanogramas oferece um potencial ilimitado para a descoberta e o desenvolvimento de medicamentos. AtravésQSenseAs atividades de pesquisa realizadas incluem:

A interação de medicamentos de pequenas moléculas com proteínas, membranas celulares e RNA é monitorada com precisão em tempo real em várias condições experimentais. [1]

Interação proteína-proteína[2]

Mudanças estruturais no RNA quando pequenas moléculas interagem com o RNA[3]

Entrega de medicamentos

QSenseTem sido demonstrada como uma técnica econômica e eficiente em tempo, especialmente adequada para a caracterização de nanopartículas lipídicas (LNP) e suas propriedades de administração de medicamentos. Muita documentação provaQSensePode ser usado para:

Análise da afinidade de ligação de proteínas séricas a nanopartículas lipídicas (LNP) [4]

Ligação e liberação de biomoléculas (como siRNA e mRNA) no LNP[5]

Entrega de LNP ao órgão alvo[6]

Triagem da afinidade de ligação de proteínas séricas a LNPs em ambientes sem células [7]

Análise de modificações de superfície de LNPs[8]

Interações entre lípidos e moléculas bioativas (incluindo medicamentos, DNA e siRNA) [9]

Efeito da ligação ApoE na distribuição lipídica e na estrutura global do LNP [24]

Arrays de nanoporos para armazenamento de LNP funcionalizado[25]

Fórmula LNP para melhorar a eficiência de entrega de carga de ácido nucleico de LNPs [26]

Fixar as micróbolhas na dupla camada lipídica suportada usando cDNA [27]

Interação de copolímeros de segmentação de cubos estabilizadores com membranas lipídicas bioanalógicas[28]

Análise de estabilidade das proteínas durante o desenvolvimento e otimização de formulações, produção, armazenamento e administração biofarmacêutica

利用Microbalança de cristal de quartzo dispersiva QSenseAvaliação analítica da estabilidade e compatibilidade dos materiais das fórmulas biofarmacêuticas

No ciclo de vida dinâmico da biofarmacêutica, a estabilidade e a compatibilidade dos materiais são essenciais, desde a criatividade inicial de pesquisa e desenvolvimento até o uso pelo paciente. As interações complexas dos biomedicamentos com várias superfícies durante a produção, armazenamento e administração podem levar a desafios como adsorção acidental, redução de concentrações ou formação de partículas de proteína.

Triagem ativa para reduzir o risco

A detecção precoce de problemas potenciais é fundamental para evitar interferências no cronograma e perdas financeiras. Durante o desenvolvimento, a triagem ativa da instabilidade induzida pela superfície ajuda a reduzir o risco de falhas posteriores.QSense® O QCM-D fornece uma análise abrangente das interações biofarmacêuticas, fornecendo insights profundos sobre a adsorção molecular, desadesão e mudanças estruturais em nanoescala para detectar incompatibilidades rapidamente.

Capacidade-chave do QSense QCM-D como ferramenta de avaliação precoce para o sucesso da biofarmacêutica

Análise das interações biofarmacêuticas com materiais de superfície relacionados
Avaliar rapidamente o impacto dos materiais usados em todas as etapas da produção, armazenamento e administração nos primeiros estágios do desenvolvimento de biofarmacêuticos na formulação completa.

Minimize os riscos através da detecção proativa de incompatibilidades
Medir rapidamente a quantidade de adsorção da fórmula candidata na superfície relevante e identificar métodos para reduzir a incompatibilidade.

Monitoramento em tempo real da adsorção de anticorpos e auxiliares
Conheça os mecanismos de ação dos surfactantes e seu potencial como estabilizantes.

QSense avalia o desenvolvimento de fórmulas

Determinar os níveis de adsorção de anticorpos em diferentes materiais de superfície

Saiba mais sobre a disposição molecular da superfície do material

Identificar quais superfícies podem causar problemas de incompatibilidade?

Avaliação dos efeitos dos auxiliares na adsorção de anticorpos

Explore como as mudanças na concentração, pH, temperatura, material de superfície ou tipo de surfactante afetam os níveis de adsorção.

Leia o caso

descarregarPele BrancaSaiba mais sobre como usar a tecnologia de microbalança de cristal de quartzo dispersivo QSense para reduzir o risco de incompatibilidades de detecção tardia e muito mais.

Baixar White SkinAvaliação da estabilidade e compatibilidade de materiais de preparações biofarmacêuticas com a análise de microbalança de cristal de quartzo dispersível QSenseLivros

Os casos típicos incluem:

Interações de drogas com superfícies como polímeros, vidro, metais e óxidos metálicos, óleo de silício [10], [11], [12], [13], [14], [15], [16]

Efeito dos auxiliares na redução da adsorção da droga-proteína à superfície[17]

o efeito das condições da fórmula (concentração, pH, temperatura, etc.); [18]

Efeitos de interfaces e estresses de interfaces no desenvolvimento de produtos biológicos[19]

* Nota: até 200 tipos de chips, a superfície do chip pode ser personalizada de acordo com os requisitos do usuário

Interação dos materiais biológicos com os tecidos humanos

A biocompatibilidade de implantes e biomateriais no corpo humano é a chave para o seu sucesso.QSenseA análise in vitro da interação da superfície do implante ou do material biológico com o sangue e tecidos humanos é fornecida a nível molecular.

Várias formulações de cuidados oculares interagem com a superfície da mucoproteína / membrana celular [20].

Desenvolvimento de biosensores

QSenseTambém é amplamente utilizado no desenvolvimento de tipos de sensores como biosensores de proteínas e sensores de detecção instantânea.

Biosensores de proteínas[21],[22]

Sensores de ponto de cuidado [23]

QSense QCM-DÉ uma técnica sensível à superfície que detecta interações molécular-superfície em nanoescala. Pode ser usado para analisar fenômenos como a adsorção, a desabsorção e as alterações estruturais da camada de adesão à superfície.

QSenseCom base na tecnologia QCM-D

A microbalança de cristal de quartzo dispersivo (QCM-D) é uma técnica sensível à superfície em tempo real que pode ser usada para analisar fenômenos de interação superficial, formação de película e propriedades de película.

Explore o QCM-D

Microbalança de cristal de quartzo QSense Omni

O QSense OmniÉ porQCM-DO pioneiro tecnológico sueco Parolin Technology Co., Ltd. impulsiona a pesquisa e o desenvolvimento da última geração de modelos de microbalança de cristal de quartzo dispersível, éQCM-DNovas Tecnologiasintegradores.OmniA maior sensibilidade do que qualquer QCM no mercado, o que lhe permite quantificar e monitorar moléculas menores, processos mais rápidos e uma ferramenta ideal para estudar processos biológicos. O QSense oferece mais de 200 materiais de superfície e revestimentos para chips, permitindo a simulação de ambientes e processos biológicos reais para caracterizar taxas de adsorção de proteínas, formação de películas finas, rigidez da camada de adsorção, calcificação, adesão celular e muito mais.

O QSense OmniMicrobalança de cristal de quartzo dispersível

Capacidade de detectar pequenas mudanças na superfície do chip até 24 ng/cm2

Troca de fluidos mais rápida (5 vezes mais rápida do que a geração anterior) para entrega de amostras mais rápida e clara

Automação completa para minimizar a dependência do usuário

Um fluxo de trabalho mais simplificado e uma nova interface de software intuitiva tornam o QCM-D mais fácil de usar para uma ampla gama de usuários.

Vantagens do QSense

Instrumentos intuitivos e automatizados

Fácil de implementar em laboratório

Dados em tempo real das interações das proteínas

Compreender plenamente os processos e mecanismos de interação

Volumes de amostra necessários até 90 μl

Obter resultados valiosos a partir de um pequeno número de amostras

Resultados em poucas horas

Mostrar rapidamente o resultado final

Script padrão pré-programável

Fácil de configurar e reproduzir medições

Vários chips disponíveis

Chips QSense para biofarmacêutica

O chip QSensePermite medir as interações de uma variedade de materiais de superfície relevantes para a produção, armazenamento e administração de anticorpos e outros medicamentos biológicos – de metais, materiais de vidro a polímeros, como aço inoxidável, vidro borosilicato e polímeros de grau biológico.

O chip PDMS QSense

PDMSSeringas de lubrificação e equipamentos de laboratório semelhantes.bomSelecionando, nestes dispositivos, é essencial manter a integridade dos líquidos e amostras biológicas armazenadas. Além disso, suas propriedades de isolamento térmico e elétrico protegem amostras e componentes sensíveis.

Descubra o chip que atende às suas necessidades

O chip está no centro do experimento QCM-D.Navegue por categorias no mercadoCompletaO chip, descobrir o material do chip e o revestimentoadequadosuas necessidades de pesquisa.

Caracterização umidificante para a fabricação de roupas

O revestimento na pílula tem vários usos. O revestimento é usado para mascarar o sabor ou o cheiro, proteger a droga da erosão do ambiente ácido do estômago ou proteger a endomembrana do estômago de drogas agressivas. Revestimentos também podem ser projetados para controlar as características de liberação do medicamento. Por qualquer razão, o revestimento é aplicado no núcleo do comprimido e uma das premissas para o sucesso é a boa adesão do revestimento ao comprimido.

Para garantir uma boa adesividade, a preparação de revestimento deveEstenda-se sobre a superfície do comprimido. Se algum penetrar nos poros do comprimido, a adesividade aumenta. A extensão da preparação de revestimento sobre a superfície do comprimido pode ser avaliada através da medição do ângulo de contato e da energia livre da superfície. Como a porosidade da superfície também atua, a combinaçãoRugosidade da superfícieMedição e determinação de correção de rugosidadeÂngulo de contatoPode-se dar mais conhecimento sobre esta questão.

Em alguns casos, o medicamento não pode ser comprimido na forma de comprimidos devido à alteração das propriedades umidificantes. O método de Washburn é frequentemente usado para identificar compostos farmacêuticos.Ângulo de contatoO método de Washburn também é usado para estudar a umidificação em processos como revestimentos de polímeros secos, onde o pó de polímeros com diferentes aditivosÂngulo de contatoÉ interessante.

Medição do ângulo de contacto de compostos farmacêuticos

A indústria farmacêutica geralmente usa diferentes pós como compostos farmacêuticos, por isso, entender o comportamento de umidificação do pó é importante para a indústria farmacêutica.

A umidificação do pó pode ser usadaSigma 700/701Medição com o método de Washburn. No método de Washburn, o ângulo de contato é calculado com base no aumento do peso com o tempo durante o contato do pó com o líquido.

Referências

[1] Controle mediado por pequenas moléculas da atividade anti-tumoral e da toxicidade fora do tumor de um engajador supramolecular bisespecífico de células TNat. Biomed. Eng 2024, 8 (5), 513–528. https://doi.org/10.1038/s41551-023-01147-6.

[2] GenentechCaracterização viscoelástica de formulações de anticorpos de alta concentração usando microequilíbrio de cristal de quartzo com monitoramento de dissipaçãoJournal of Pharmaceutical Sciences 2009, 98 (9), 3108-3116.
https://doi.org/10.1002/jps.21610.

[3] RocheReconstituição e Análise Funcional de uma Polimerase NS5B do Vírus da Hepatite C de Comprimento Completo em uma Bilamida Lipídica SuportadaACS Cent. Ciência. 2016, 2 (7), 456–466. https://doi.org/10.1021/acscentsci.6b00112.

[4]Um método rápido e confiável baseado na instrumentação QCM-D para a triagem de interações de nanopartículas/sangueBiosensores 2023, 13 (6), 607. https://doi.org/10.3390/bios13060607.

[5]Um Estudo QCM-D e SAXS da Interação de Nanopartículas Lipídicas Cristalinas Liotrópicas Liquidas Funcionalizadas com siRNAChemBioChem 2017, 18 (10), 921–930. https://doi.org/10.1002/cbic.201600613.

[6]A estrutura lipídica auxiliar influencia a adsorção de proteínas e a entrega de nanopartículas lipídicas ao baço e ao fígadoBiomater. Ciência. 2021, 9 (4), 1449–1463.
https://doi.org/10.1039/D0BM01609H.

[7] AstraZeneca –Triagem da afinidade de ligação das proteínas séricas às nanopartículas lipídicas em um ambiente livre de célulasJournal of Colloid and Interface Science 2022, 610, 766-774 (em inglês). https://doi.org/10.1016/j.jcis.2021.11.117.

[8]Insights sobre os mecanismos de interação entre nanopartículas híbridas lipídeo-polímero inaláveis e tensioativo pulmonarJournal of Colloid and Interface Science 2023, 633, 511-525 (em inglês).
https://doi.org/10.1016/j.jcis.2022.11.059.

[9]Sobre as interações entre RNA e camadas lipídicas titráveis: implicações para a entrega de RNA com nanopartículas lipídicasNanoscala 2024, 16 (2), 777-794.
https://doi.org/10.1039/D3NR03308B.

[10] Genentech –Adsorção e agregação de anticorpos monoclonais nas interfaces óleo-água de siliconeMol. Farmacêutica 2021, 18 (4), 1656–1665. https://doi.org/10.1021/acs.molpharmaceut.0c01113.

Bristol-Myers Squibb[editar | editar código-fonte]Compreensão Mecânica das Interações Proteína-Óleo de SiliconePharm Res 2012, 29 (6), 1689–1697.
https://doi.org/10.1007/s11095-012-0696-6.

Bristol-Myers Squibb[editar | editar código-fonte]Adsorção de tensioativos do tipo óxido de polipropileno-óxido de polietileno em superfícies de materiais farmacêuticos relevantes: efeito da energia superficial e estruturas tensioativasDesenvolvimento e Tecnologia Farmacêutica 2019, 24 (1), 70-79. https://doi.org/10.1080/10837450.2018.1425431.

Bristol-Myers Squibb[editar | editar código-fonte]Caracterização de partículas para um produto farmacêutico proteico armazenado em seringas pré-enchidas usando imagem de microfluxo, Arquimedes e microequilíbrio de cristal de quartzo com dissipaçãoAAPS J 2017, 19 (1), 110–116.
https://doi.org/10.1208/s12248-016-9983-1.

[14] Pfizer –Engenharia de uma bomba de pistão de cerâmica para minimizar a formação de partículas para uma imunoglobulina terapêutica: uma abordagem combinada fatorial e de modelagem.J Adv Manuf & Process 2023, 5 (1), e10142.
https://doi.org/10.1002/amp2.10142.

[15]Adsorção e orientação de anticorpos em superfícies hidrofóbicasLangmuir 2012, 28 (3), 1765–1774.
https://doi.org/10.1021/la203095p.

[16] AstraZenecaO impacto da interface metálica na estabilidade e qualidade de uma proteína de fusão terapêuticaMol. Farmacêutica 2020, 17 (2), 569–578. https://doi.org/10.1021/acs.molpharmaceut.9b01000.

Janssen Pharmaceuticals (Johnson e Johnson)Microequilíbrio de cristal de quartzo como uma ferramenta preditiva para interações medicamento-material de construção na administração intravenosa de drogas proteicasJournal of Pharmaceutical Sciences 2023, 112 (12), 3154-3163. https://doi.org/10.1016/j.xphs.2023.07.019.

Eli Lilly[editar | editar código-fonte]Interações de superfície de anticorpos monoclonais caracterizados pelo microequilíbrio de cristal de quartzo com dissipação: impacto da hidrofobicidade e auto-interações das proteínasJournal of Pharmaceutical Sciences 2012, 101 (2), 519-529.
https://doi.org/10.1002/jps.22771.

Bristol-Myers Squibb[editar | editar código-fonte]Visão geral do impacto da instabilidade interfacial das proteínas no desenvolvimento de produtos biológicosNa instabilidade das proteínas nas interfaces durante o desenvolvimento do produto farmacêutico; Li, J., Krause, M. E., Tu, R., Eds.; Avanços da AAPS na Série de Ciências Farmacêuticas; 2021; Vol. 43, pp. 1-8.
https://doi.org/10.1007/978-3-030-57177-1_1.

[20] Novartis Pharma –Compreender as propriedades de adsorção e estabilidade potencial do filme lacrimógeno da lubricina humana recombinante e das mucinas submaxilares bovinas em um modelo de filme lacrimógeno in vitroColóides e superfícies B: Biointerfaces 2020, 195, 111257. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2020.111257.

[21]Detecção de exossomas de plasma em modo duplo e sem rótulo usando um microbalanço de cristal de quartzo eletroquímico com monitoramento de dissipaçãoAnal. Química. 2022, 94 (5), 2465–2475. https://doi.org/10.1021/acs.analchem.1c04282.

[22]Biosensor QCM-D amplificado para proteínas baseadas em nanopartículas de ouro aptamer-funcionalizadasBiosensores e Bioeletrônica 2010, 26 (2), 575-579. https://doi.org/10.1016/j.bios.2010.07.034.

[23]Microcanal PDMS bioativado avaliado como sensor para células CD4+ humanas – O conceito de um método de ponto de cuidado para monitoramento do HIVSensores e atuadores B: Chemical 2007, 123 (2), 847-855.
https://doi.org/10.1016/j.snb.2006.10.034.

[24]Apolipoproteína E Binding Drives Rearrangimento Estrutural e Compositional das Nanopartículas Lipídicas que Contêm o mRNA.ACS Nano 2021, 15 (4), 6709–6722. https://doi.org/10.1021/acsnano.0c10064.

[25]Desenvolvimento de Nanopackaging para Armazenamento e Transporte de Nanopartículas Lipídicas Cargadas.Nano Lett. 2023, 23 (14), 6760–6767.
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c01271.

[26]Revisão do projeto estrutural orientando o desenvolvimento de nanopartículas lipídicas para a entrega de ácido nucleico.Opinião atual em Colóide & Ciência da Interface 2023, 66, 101705. https://doi.org/10.1016/j.cocis.2023.101705.

[27]QCM-D Investigações sobre a ligação de colesterol-DNA de liposomas a microbolhas para terapia.J. Phys. Química. B 2023, 127 (11), 2466-2474.
https://doi.org/10.1021/acs.jpcb.2c07256.

[28]Copolímeros de bloco lipófilos termo-responsivos baseados em NIPAM como estabilizadores para nanopartículas cúbicas baseadas em lipídeos.Colóides e superfícies B: Biointerfaces 2022, 220, 112884. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2022.112884.

[Biointerface / Biofilme]

Você está explorando um mundo baseado em estruturas lipídicas?

Biofilmes e liposomas baseados em estruturas lipídicas são amplamente utilizados em várias áreas de pesquisa. Por exemplo, no design e desenvolvimento de novos sistemas de biosensores, revestimentos de biomateriais e sistemas de administração de medicamentos, essas estruturas são usadas ​​como superfícies inertes, superfícies biocompatíveis, imitações de membranas celulares ou veículos de transporte.

No estudo de biofilmes, existem dois métodos que podem ser utilizados. Uma estrutura de modelo de biofilme flutuante pode ser formada na interface ar-água, permitindo que você simule as características e condições do ambiente celular.

Outra abordagem é a formação de uma estrutura de biofilme ou base lipídica suportada em um fundo sólido. A dupla camada lipídica suportada é a camada lipídica depositada na superfície e composta por proporções lipídicas pré-determinadas, que podem ser marcadas como diferentes moléculas ou proteínas de membrana incorporada. Estes filmes podem ajudar a entender os processos biológicos e servir como fatores-chave na preparação de materiais biológicos. Eles também podem estar envolvidos em estruturas mais complexas, como projetos de biosensores, bem como com uma variedade de moléculas biológicas ou sintéticas, como ligantes, DNA、 Interações de nanopartículas, polímeros ou outras estruturas lipídicas.

No projeto e desenvolvimento de nanodrogas, as nanoestruturas baseadas em lípidos podem servir como vasos sanguíneos e veículos alvo para o transporte de drogas. Incorporar o medicamento de interesse na estrutura da vesícula ou do aglomerado, adequado a condições ambientais específicas, aumenta a proteção do medicamento na estabilização e redução da toxicidade, prolonga o tempo de ciclo, controla a taxa de liberação e melhora o alvo do tecido.

Modelo de biofilme flutuante

A maioria das reações bioquímicas ocorre na membrana bicameral de fosfolipidos ao redor ou dentro da célula. As membranas celulares afetam a dobragem das proteínas e produzem microambientes específicos em que a reação ocorre. Para entender e simular sistemas biológicos reais, essas interações devem ser estudadas em ambientes que simulam condições naturais. A membrana monomolecular de Langmuel de fosfolipidos de membrana tem sido comprovada como um bom sistema de modelagem de biofilm.

A membrana de fosfolipido monocamada de Langmuel é semelhante a uma membrana semibiológica e pode ser usada como um modelo de membrana celular e tem sido documentada como um excelente modelo de sistemas biológicos. Em camadas monomoleculares flutuantes livremente, a difusão e a dinâmica das moléculas se aproximam do seu papel no sistema real. Na natureza, a maioria das reações bioquímicas ocorre na interface da membrana biológica, e a membrana modelo flutuante livre permite que as moléculas se espalhem e migrem naturalmente. Para estudar a biomembrana celular, o analisador de membrana Langmuir pode ser combinado com uma variedade de sensores e instrumentos, além da balança de membrana Langmuir. Outras técnicas de pesquisa incluem PM-IRRAS, BAM, SPOT, microscópio fluorescente e microscópio convencional, o que torna possível estudar interações moleculares, localização molecular, acumulação e formação de microzonas em camadas monomoleculares.

Simular o comportamento do surfactante pulmonar

Os surfactantos pulmonares cobrem as bolhas pulmonares e desempenham um papel crucial no processo de facilitar a respiração. Durante a inalação, o surfactante reduz a tensão superficial do tecido cerca de 15 vezes, tornando mais fácil a expansão das bolhas pulmonares. Durante a expiração, a diminuição da área superficial da bolha pulmonar torna o surfactante mais concentrado na superfície. A tensão superficial é quase zero no final da respiração, o que evita o colapso das bolhas pulmonares.

A dipalmitilfosfatidilcolina (DPPC) é um fosfolípido presente na superfície do bolículo pulmonar.A fase de solidificação altamente ordenada do DPPC mantém a tensão superficial da bolha pulmonar quase zero durante a expiração. Para simular o comportamento real do surfactante em folhas pulmonares, é necessário medir a tensão superficial quase zero. Os estudos mostraram que o analisador de membrana deslizante de fita KSV NIMA Langmuir pode ser usado para medir tensões superficiais quase zero de DPPC.

Aplicação: Alcançar uma alta pressão superficial de camada única molecular com um analisador de membrana deslizante de fita: surfactante pulmonar com tensão superficial quase zero

Construção de apoio à estrutura lipídica

A impregnação de Langmuir-blodgett (LB) e Langmuir-Schaefer (LS) é um método de preparação de fosfolípidos bicamerais compostos por dois lípidos diferentes. Combinando os métodos LB e LS, também é possível criar um lipídeo que compõe uma camada bimolecular de fosfolípidos asimétricos. Por exemplo, alguns sensores bioquímicos podem ser preparados para espectroscopia de ressonância de plasma de superfície, medição de microequilíbrio de cristais de quartzo e espectroscopia fotoeletrônica de raios-x. O terceiro método consiste em preparar uma dupla camada de fosfolípidos suportados diretamente na superfície através da ruptura e fusão da vesícula na configuração QCM-D.

Biofilme de suporte - preparação e caracterização

Seja que estejamos trabalhando com biofilmes suportados, liposomas ou outras estruturas baseadas em lípidos, a capacidade de caracterizar e validar os processos de absorção e liberação relevantes na superfície com o QSense QCM-D é fundamental para a compreensão, adaptação e otimização de sistemas baseados em lípidos. Por exemplo, a dinâmica da formação da membrana lipídica de suporte pode ser monitorada na superfície e a qualidade da membrana de dupla camada formada avaliada. As interações subsequentes com a membrana lipídica também podem ser monitoradas, como a ingestão ou ligação de moléculas ligadas à membrana ou a validação de suas partes defeituosas. No contexto da nanomedicina, os processos de absorção, transmissão e liberação de nanoestruturas baseadas em lípidos podem ser caracterizados e podem servir como vasos sanguíneos para a transmissão de medicamentos alvo.

[Interface Biológica / Interações Biomoleculares]

A análise das interações biomoleculares é o foco de muitas áreas disciplinares, desde bioquímica e biotecnologia até ciências farmacêuticas. É o foco da pesquisa e desenvolvimento em ciências básicas e aplicadas, e o objetivo da pesquisa de interações biomoléculares é partir da pura aquisição de conhecimento e compreensão de sistemas e funções biológicas, para o uso do conhecimento adquirido para a aplicação ao projeto de medicamentos, sensores biônicos e tecnologias que melhoram nossa qualidade de vida.

Compreensão básica das interações biomoléculares

Por exemplo, a compreensão básica das proteínas lipídicas e dos mecanismos de interação proteína-ligante é um objetivo em estudos básicos e aplicados, nos quais esses sistemas são estudados e caracterizados por processos de interação biomolecular.

O QSense QCM-D é um método para detectar e monitorar interações biomoléculares em tempo real, como a dinâmica de ligação e interação e mudanças estruturais nas camadas moleculares. Este método foi usado para melhorar a compreensão dos mecanismos de interação do alvo e mudanças na estrutura do ligante. Também é usado para explorar o comportamento molecular e as causas de doenças, como distúrbios de dobragem das proteínas, aglomeração de polipéptidos para crescer fibras finas, estruturas amilóides, etc.

Como a maioria das reações bioquímicas na natureza ocorrem em membranas bicamerais de fosfolipidos ou dentro da célula, as membranas afetam a dobragem das proteínas e criam o microambiente específico em que a reação ocorre. Para entender e simular sistemas biológicos reais, essas interações devem ser estudadas em ambientes que simulam condições naturais. A membrana monomolecular de Lommel de fosfolipidos de membrana tem sido comprovada como um excelente sistema modelo de biofilm. Na descoberta da exploração de drogas, a penetração da droga nas células através da parede celular e a resposta da droga à membrana celular são fatores importantes na entrega da droga. Estes podem ser avaliados estudando a interação de medicamentos com modelos de biofilme flutuante. Na indústria alimentar, a remoção de proteínas alérgicas é muito importante e uma compreensão mais profunda pode ser obtida através de estudos a nível molecular.

Aplicação Digest: Biomoléculas interagem em modelos de membrana celular.

Análise de Interações Biomoleculares em Pesquisa e Desenvolvimento Aplicado

Uma vez que o conhecimento sobre o campo comportamental das interações biomoléculares é estabelecido, é possível usar essas novas informações. Em ciências aplicadas, como a exploração de drogas, nanotoxicologia ou o design de biosensores, as interações biomoléculares são fundamentais e esse conhecimento pode ser usado para identificar alvos para novos compostos e detectar potenciais novos candidatos a drogas.

Neste contexto, o QSense QCM-D é usado para analisar proteínas e interações entre proteínas e DNA, bem como para detectar interações anticorpo-antígeno. O QCM-D é extremamente sensível às alterações de configuração de estruturas tridimensionais após a ligação de pequenas moléculas a proteínas e pode ser usado para projetar, validar e otimizar compostos farmacêuticos. Por exemplo, estude os efeitos dos inibidores de crescimento amilóides, estude os efeitos de configuração dos receptores de ácidos nucleicos e selecione as interações dos compostos com as células e os alvos de medicamentos proteicos.

O conhecimento das interações biomoléculares também pode ser usado para projetar biosensores e sistemas de detecção, onde o comportamento biológico é imitado e usado, por exemplo, para detectar e diagnosticar doenças.

Toxicidade das nanopartículas

As nanopartículas (NP) são agora usadas em muitas indústrias diferentes, incluindo cosméticos, tintas e revestimentos. Portanto, a toxicidade das nanopartículas foi estudada em profundidade. Devido à sua enorme área de superfície, as nanopartículas inaladas podem induzir inflamação pulmonar e respostas imunológicas adversas no sistema respiratório.

O analisador de membrana Langmuir fornece um método para estudar o efeito das nanopartículas nas membranas lipídicasbomferramentas. O efeito das nanopartículas de hidroxifosfato de 1% em peso sobre a curva de compressão isotérmica do surfactante pulmonar natural (Infasurf) foi estudado. Após o contacto com as nanopartículas, a curva de compressão isotérmica à esquerda teve uma transferência significativa dependente do tempo, o que sugere a inibição do surfactante.

ACS Nano 2011, 5(8), 6410-6416. 2011 Sociedade Química Americana Todos os direitos reservados. (com permissão)

[Superfície / Sensor]

Vivendo na sociedade de hoje, onde a informação e a previsibilidade são altamente valorizadas, giramos em torno de um grande número de sensores para detectar, detectar e medir todos os aspectos do nosso ambiente. A quantidade de informação coletada diariamente é enorme, com temperatura, pressão, intensidade da luz ou substâncias tóxicas apenas alguns exemplos.

Às vezes, os dados coletados são apenas para nos fornecer informações e conveniência de vida, como nos dar uma informação para que possamos decidir se levaremos um suéter extra quando sairmos. Mas também pode ser usado para determinar se é necessário ajustar e controlar, por exemplo, para verificar se os valores de pressão permanecem dentro dos valores máximos e mínimos predefinidos. Cada tipo de sensor é baseado em métodos de detecção específicos que permitem monitorar os parâmetros de interesse.

Biosensores são uma subclasse de sensores. Os biosensores usam sistemas biométricos projetados pela natureza para detectar objetos, como alvos ligados a receptores. Essas informações são então convertidas e as leituras são coletadas. Sensores baseados em polímeros condutores devido à suaAltoO potencial de aplicação está sendo estudado em profundidade. A tecnologia Langmuir-Blodgett é capaz de produzir filmes de espessura controlada altamente montados e, portanto, também tem sido usada em aplicações de sensores. Estes sensores já foram usados ​​para detectar sensores de gás, bem como traços de antibióticos em soluções. Vários métodos de detecção estão sendo aplicados, desde a detecção óptica até a medição da condutividade elétrica.

QSense QCM-D como sensor biológico acústico

Os biosensores são usados em muitas áreas, como aplicações médicas, indústria alimentar e defesa. Além dos componentes biométricos, os biosensores também contêm duas partes: um sensor que detecta biométrica e uma leitura de sinal interpretável. Os sensores podem ser baseados em diferentes princípios. Um princípio comum de sensores é sensores acústicos como a balança de traços de cristal de quartzo (QCM). A tecnologia QCM, baseada em princípios piezoelétricos, é uma abordagem em biosensores e tem sido usada há décadas no desenvolvimento e aplicação de biosensores.

Como detalhado nesta revisão amplamente difundida e detalhada dos biosensores acústicos, os sistemas de biodetecção dos biosensores podem ser baseados em anticorpos, proteínas e DNA、 Células, estruturas lipídicas, carboidratos e nanopartículas são projetados e construídos para os módulos relacionados. Os módulos de construção e componentes de identificação variam de pequenos a grandes para detectar desde íons de metais pesados e híbridos de DNA até a ligação, proliferação e crescimento celular e a resposta celular a estímulos externos. Os potenciais sistemas de detecção são muito amplos e estão constantemente explorando estratégias de processamento de interfaces de sensores para aumentar sua sensibilidade e seletividade.

Sensores baseados em polímeros condutores

À medida que os dispositivos miniaturizados recebem cada vez mais atenção, os nanomateriais recém-desenvolvidos podem desenvolver ainda mais essa área. Muitos desses materiais não são preparados com métodos tradicionais de microfabricação, mas sim com algumas tecnologias emergentes.

Polímeros condutores elétricos como polifenamina, politiafeno, polipirrolo e seus derivados já foram usados ​​como camadas ativas para sensores de gás e para a produção de biosensores de fixação enzimática. Os sensores feitos de polímeros condutores apresentam muitas características excelentes, como alta sensibilidade e curto tempo de resposta. Os polímeros condutores também são fáceis de sintetizar e têm boas propriedades mecânicas. Os analisadores de membrana LB podem ser usados ​​para preparar filmes de polímeros altamente condutores para grandes áreas.

[Superfície funcional / materiais biofuncionais]

Ao longo da história humana, as pessoas tentaram substituir ou reparar partes danificadas ou doentes do corpo para reparar e restaurar suas funções. Geralmente, as pessoas escolhem o material de implante de acordo com a disponibilidade; Calendário ModernoHistóriaÀ medida que o conceito de biocompatibilidade é apresentado e a pesquisa relacionada aprofunda-se, a biocompatibilidade também é um dos principais indicadores de escolha, e provavelmente estamos no início de ver novos padrões e a próxima geração de biomateriais.

CalendárioHistóriaOs registros de reparação e substituição de partes do corpo remontam a milhares de anos atrás. Naquela época, o conceito de biocompatibilidade ou esterilização ainda não era proposto. Ao longo da história humana, os materiais usados ​​como substitutos para partes do corpo variaram de um período para outro. Desde conchas maias até materiais prontos para uso, como polímeros, metais e cerâmicas da era dos heróis do pós-Segunda Guerra Mundial, até materiais de engenharia modernos projetados com base na biocompatibilidade, como silício orgânico, hidrogéis e hidroxifosfato. A próxima geração de materiais biológicos também está em desenvolvimento. A nova geração de materiais não só tem boa biocompatibilidade, mas também uma certa funcionalidade. Estes materiais podem ser ajustados e usados ​​para controlar o ambiente fisiológico e são responsivos à indução como reparação de tecidos.

Supermoleculares e materiais bioativos

Os implantes que integram com sucesso os músculos podem reparar eficazmente as partes do corpo ausentes, copiando a estrutura do tecido ausente. Mas mesmo que o material do implante seja compatível com o corpo humano, ainda existe a possibilidade de complicações a longo prazo e perda permanente da função do tecido. É previsível que os revestimentos bioativos podem restaurar a função corporal através de interações como a indução da regeneração de tecidos e reações de reparação, e o trabalho sobre isso já está em andamento. Estes materiais biofuncionais são projetados para estimular as nanoestruturas supramoleculares de resposta, geralmente, estes materiais são polímeros, membranas sintéticas ou outros conjuntos de nanoescala que são funcionalizados incorporando biomoléculas como proteínas, péptidos ou medicamentos. Esses materiais são responsivos e previsíveis e projetados para perceber e responder ao ambiente fisiológico ao redor, proporcionando uma superfície bem controlada. Estes sistemas e materiais supramoleculares podem ser usados não apenas como revestimentos para implantes em engenharia de tecidos e medicina regenerativa, mas também como veículos farmacêuticos para estimular a administração de medicamentos responsivos e imunologia.

Desenho e Caracterização de Materiais Bioativos Supermoleculares

Essas nanoestruturas supermoleculares têm o potencial de aplicar modificações e ajustes às propriedades dos materiais, prometendo realmente resolver alguns dos desafios biomédicos atuais e potencialmente estabelecer a posição dos biomateriais de próxima geração.

No entanto, para projetar esses materiais bioativos de forma controlada, é necessário entender o processo de montagem de componentes em nanoescala e caracterizar as propriedades dos materiais em diferentes condições ambientais. A tecnologia QSense permite monitorar a montagem de materiais em tempo real e caracterizar o impacto dinâmico de diferentes concentrações de sal, temperaturas, pH e parâmetros ambientais semelhantes na estrutura do material. A técnica também é capaz de avaliar efeitos funcionais, tais como propriedades de adesão celular e expansão.

Referências

Ciência dos Materiais Biológicos, 3ª Edição. Introdução ao Material Médico

Edição: Buddy Ratner, Allan Hoffman, Frederick Schoen, Jack Lemons, 2012