Caracterización de la formación de un hidrogel peptídico autoensamblable iónico complementario funcionalizado con los dominios RGD y GFOGER.

Abstract

Los biomateriales tienen un papel importante para enfrentar la pérdida de los tejidos derivada de enfermedades crónico degenerativas y para las cuales, los tratamientos estándar aún enfrentan limitaciones. Las aplicaciones de los biomateriales incluyen el cultivo celular tridimensional (3D), la liberación controlada de fármacos, la medicina regenerativa, etc. Los biomateriales pueden formarse de polímeros naturales, como el alginato, el quitosano, la colágena, entre otros; estos son biocompatibles pero, la alta variabilidad en su composición y pobre mecánica, limitan sus aplicaciones biomédicas. Por otro lado, los biomateriales formados de polímeros sintéticos, entre ellos incluyen polietinelglicol, hidrogeles peptídicos, ácido poliláctico, etc., son biocompatibles, poseen una reproducibilidad significativa y por lo general, una mecánica superior en comparación con los biomateriales naturales, sin embargo, estos materiales carecen de función biológica inherente.
Entre los materiales sintéticos, los hidrogeles peptídicos autoensamblables (del inglés SAPHs), representan una herramienta biotecnológica prometedora debido a su fácil preparación en el laboratorio, estabilidad mecánica y reproducibilidad. Los SAPHs pueden imitar la arquitectura y función de la matriz extracelular (del inglés ECM) con la incorporación de motivos cortos de la ECM, como RGD (R es arginina, G glicina y D ácido aspártico) de la fibronectina, GFOGER de la colágena (F es fenilalanina, O es hidroxiprolina, E ácido glutámico), para servir como andamios 3D para estudios de biología celular y otras aplicaciones. Los SAPHs se forman por aminoácidos que, a su vez, forman estructuras nanofibrilares. Las posibles combinaciones entre los aminoácidos utilizados hace de los SAPHs materiales altamente versátiles.
Aquí, se investigó la capacidad del péptido FEFEFKFKK (F9), donde F es fenilalanina, E ácido glutámico y K lisina, funcionalizado con RGD, GFOGER y la combinación de ambos (F9-ECM), para formar hidrogeles autoensamblables.
La gelificación de F9 se caracterizó por el método de tubo invertido, donde se demostró que las soluciones peptídicas F9-RGD, F9-GFOGER y F9-ECM gelificaron a un pH de 4, 4.5 y 4.5, respectivamente.
Por espectroscopía infrarroja, se caracterizó la formación de estructuras secundarias del tipo de hoja-beta plegada para todos los geles, como lo demostraron los espectros de infrarrojo con picos de absorción bien definidos a 1624 cm-1.
La caracterización de la viscoelasticidad de los geles por reología oscilatoria demostró que el gel F9-RGD registró una fuerza de tensión o módulo prima (G’) de ca. 380 Pa y un módulo doble prima (G’’) de ca. 50 Pa, el hidrogel F9-GFOGER un G’ ca. 170 Pa y G’’ ca. 30 Pa, mientras que F9-ECM registró un G’ ca. 460 Pa y G’’ ca. 70 Pa. Además, la deformación dependiente de tiempo para F9-RGD fue de G’ inicial (ca. 380 Pa), después ante una alta deformación de G’ (ca. 3 Pa), finalmente un G’ de recuperación (ca. 330 Pa). Los valores para F9-GFOGER y F9-ECM fueron de un G’ inicial (ca. 170 Pa y ca. 460 Pa), alta deformación (ca. 4 Pa y ca. 5 Pa), G’ de recuperación (ca. 150 Pa y ca. 400 Pa), respectivamente. La fuerza de tensión de los SAPHs en los que se cultivaron células HeLa por 21 días disminuyó progresivamente. En el caso de F9-RGD el G’ disminuyó de ca. 1,880 Pa (día 1) a ca. 1,200 Pa (día 21). De manera similar para el F9-GFOGER de G’ ca. 1,700 Pa (día 1) a ca. 800 Pa (día 21), mientras que para el F9-ECM, un G’ de ca. 1,700 Pa (día 1) a ca. 1,100 Pa (día 21).
Por lo que, los péptidos F9-RGD, F9-GFOGER y F9-ECM formaron geles autosoportables similares a RADA-16, KLD-12 o MAX-1, los cuales tienen
secuencias peptídicas más largas. Además, nuestros geles cuentan con propiedades viscoelásticas superiores a las de los geles mencionados. Además, el gel F9 funcionalizado, potencialmente puede ser utilizado como andamio para el cultivo celular 3D de células mamíferas y otras aplicaciones biomédicas.

Date of Award	9 May 2022
Original language	Spanish (Mexico)
Supervisor	Luis Alberto Castillo Diaz (Director), Rochin Wong Carmen Sarai (Advisor) & Juan Manuel Martinez-Soto (Advisor)