Un experimento fuera de este mundo para cultivar cristales de proteínas de gran volumen a bordo de la Estación Espacial Internacional ha demostrado ser exitoso. Este tipo de cristales, que se pueden usar en todo, desde la investigación biomédica básica hasta el diseño de medicamentos, se pueden hacer más grandes y mejores enmicrogravedad, un hallazgo que puede ayudar a la industria farmacéutica a aliviar un cuello de botella en el diseño de medicamentos, ya que a veces se necesitan cristales grandes difíciles de cultivar para experimentos en la estructura que pueden guiar el diseño de medicamentos.
Un grupo de investigadores de la Universidad de Alabama en Huntsville, iXpressGenes, la Universidad de Granada en España y el Laboratorio Nacional Oak Ridge diseñaron experimentos de microgravedad para cultivar cristales de pirofosfatasa inorgánica IPPase en el espacio. La IPPasa es una enzima que se encuentra en la mayoría de los seres vivos.organismos que juegan un papel importante en la formación ósea, la síntesis de ADN y la producción y descomposición de las grasas. El objetivo de los investigadores era cultivar cristales de gran volumen y alta calidad para su uso en la cristalografía macromolecular de neutrones NMC, que es elmétodo preferido para determinar las posiciones de los átomos de hidrógeno dentro de las macromoléculas.
El grupo presentará sus hallazgos durante la 66ª Reunión Anual de la American Crystallographic Association, en Denver, Colorado, del 22 al 26 de julio.
"Aunque el hidrógeno constituye el 50 por ciento de los átomos en las proteínas de las más de 100,000 estructuras de rayos X informadas en el RCSB Protein Data Bank, NMC se ha utilizado para identificar menos de 100 estructuras de proteínas únicas", dijo Joseph D. Ng, directordel Programa de Ciencia e Ingeniería de Biotecnología, Departamento de Ciencias Biológicas, Universidad de Alabama en Huntsville. "El factor principal que limita el uso de NMC es la incapacidad de obtener los grandes volúmenes de cristal ~ 1 milímetro cúbico necesarios para los datos de difracción de neutrones".
El grupo lanzó su proyecto haciendo primero cristales de prueba de IPPase en el suelo en la Instalación de Cristalización de Granada.
El sistema de cristalización que desarrollaron utiliza tubos capilares para controlar la velocidad de difusión de los reactivos químicos precipitantes contra las moléculas de proteínas disueltas en una solución. La geometría obliga a las moléculas a concentrarse en parte de la solución, que luego se vuelve sobresaturada, lo que significa que hay demasiadasmoléculas para permanecer cómodamente disueltas. Luego, las moléculas salen de la solución para formar un cristal.
El sistema fue diseñado para funcionar mejor bajo microgravedad, ya que las fuerzas de gravedad pueden afectar el flujo de la solución. Se envió al espacio a través de SpaceX, para cristalizar a bordo de la Estación Espacial Internacional ISS, donde "las proteínas pueden cristalizarse enuna condición supersaturada optimizada ", dijo Ng.
Sorprendentemente, el hardware del proyecto se lanzó al espacio dentro de una bolsa de transferencia de carga a temperatura ambiente y no requirió ninguna interacción de la tripulación de la EEI.
"Dos unidades GCF se lanzaron en SpaceX-3, y luego regresaron seis meses después en SpaceX-4", dijo Ng. "De estos vuelos, se obtuvieron cristales de IPPase con volúmenes superiores a 6 mm3 en capilares de cuarzo de 2 mm".Hasta la fecha, los cristales de IPPasa más grandes conocidos se obtuvieron de estos experimentos a bordo de la EEI.
¿Cómo se comparan los cristales cultivados en el espacio con los cultivados en la Tierra? Para la mayoría de las comparaciones, los cristales cultivados en el espacio fueron "superiores", dijo Ng.
Los análisis de difracción de fuentes de neutrones y rayos X mostraron estructuras "con mayor resolución y precisión que sus equivalentes terrestres", agregó Ng. "En particular, los cristales de gran volumen proporcionaron información de difracción de neutrones que revelaron ubicaciones de hidrógeno que no podíanse han determinado utilizando otros métodos. En otras palabras: las estructuras determinadas de los cristales cultivados en el espacio son objetivos terapéuticos valiosos para el modelado inicial de fármacos ".
Esto puede ayudar a aliviar un cuello de botella en el diseño del medicamento que fue causado por "la falta de éxitos de cristalización para las moléculas de proteínas de interés farmacéutico que pueden conducir a estructuras de alta resolución adecuadas para el modelado de medicamentos", dijo Ng. "Pero ahora, vemosla promesa de obtener cristales bien formados de gran volumen cultivados en el espacio a través de la plataforma ISS para ayudar a superar el paso limitante de la velocidad involucrado en el proceso de modelado de drogas ".
Si se pueden obtener cristales grandes, una estructura determinada por NMC se puede aplicar de manera efectiva para desarrollar una solución de administración de medicamentos, y puede brindar oportunidades para que la industria farmacéutica aumente la velocidad o reduzca los costos.
"El crecimiento de cristales de microgravedad para NMC, para producir ubicaciones atómicas precisas de objetivos farmacéuticos, podría convertirse en una aplicación importante para la estación espacial", dijo Ng.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Americano de Física AIP . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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