Nanopartículas funcionalizadas como soporte para el mantenimiento de la actividad de biomoléculas durante su almacenamiento

Abstract

El uso de enzimas en aplicaciones biotecnológicas es cada vez mayor, lo que implica tanto el almacenamiento de dichas enzimas, como la preservación de su actividad biológica. La catalasa, cataliza reacciones de oxidación para proteger a las células de especies reactivas de oxígeno (ROS), oxidación de colorantes, entre otros. Esta enzima es inestable en disolución, lo cual conlleva a su agregación y por tanto pérdida de actividad, lo que se traduce en una gran pérdida económica. Por lo anteriormente comentado, se pretende estudiar el uso de nanopartículas magnéticas de magnetita (Fe₃O₄) recubiertas con polietilenimina (PEI) para adsorber y estabilizar la catalasa. Para ello se evaluaron diferentes estrategias, como el recubrimiento mediante la técnica de recubrimiento capa a capa con polielectrolitos como alginato, PAA y PEI, aunque ninguno logró formar una capa protectora estable, siendo el enzima liberado de la nanopartícula, y por lo tanto, no protegida. A pesar de que el enzima no ha podido ser encapsulado, el hecho de que se encuentre adsorbido sobre la nanopartícula, o en contacto directo con PEI, hace que se preserve la actividad con respecto a la catalasa libre en disolución. Esta metodología muestra un elevado potencial para el desarrollo de estrategias que permitan el almacenamiento a largo plazo de biomoléculas lábiles. Mostrando el potencial de estas estructuras para aplicaciones orientadas a la conservación de proteínas activas.

The use of enzymes in biotechnological applications is increasingly widespread, which involves both the storage of these enzymes and the preservation of their biological activity. Catalase catalyzes oxidation reactions to protect cells from reactive oxygen species (ROS), as well as the oxidation of dyes, among other functions. This enzyme is unstable in solution, which leads to aggregation and, consequently, loss of activity—resulting in significant economic losses. For these reasons, this study aims to investigate the use of magnetite (Fe₃O₄) magnetic nanoparticles coated with polyethylenimine (PEI) to adsorb and stabilize catalase. Different strategies were evaluated, including layer-by-layer(LbL) coating with polyelectrolytes such as alginate, PAA, and PEI. However, none of them succeeded in forming a stable protective layer, and the enzyme was released from the nanoparticle, leaving it unprotected. Although full encapsulation of the enzyme was not achieved, its adsorption onto the nanoparticle surface or direct interaction with PEI helped preserve its activity compared to free catalase in solution. This methodology demonstrates strong potential for developing strategies aimed at the long-term storage of labile biomolecules, highlighting the value of these structures for applications focused on the preservation of active proteins.