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Biosensor para la detección de IL-4 presente en enfermedades alérgicas y el síndrome hipereosinofílico
Autor
Montoya Cano, Katherine Andrea
Institución
Resumen
RESUMEN: La relación de la Interleuquina-4 humana (hIL-4) con la inflamación alérgica y el síndrome hipereosinofílico (HES) ha sido bien establecida. La hIL-4 bloquea la producción de IFN-γ con lo cual se presenta un aumento de los eosinófilos que son los responsables de obstrucción de los bronquios, hiperreactividad y remodelación de las vías aéreas. La IL-4 tiene 129 aa, con un peso de 14.96 KDa, es secretada por las células Th2. La cuantificación de este biomarcador es esencial para un control temprano de la inflamación de las vías aéreas en enfermedades relacionadas con el aumento de eosinófilos como las alergias y HSE. Este trabajo comprendió primero la expresión, la renaturalización a su estructura nativa y luego la purificación de la hIL-4; segundo, la confirmación por métodos bioquímicos y físicos de su estructura nativa (plegamiento); y por último abordó el desarrollo de un inmunosensor para la detección de hIL-4 que fuera útil en el diagnóstico enfermedades caracterizadas por la sobrexpresión de hIL-4 como las alergias y el síndrome hipereosinofílico. La hIL-4 fue producida de forma recombinante en Echerichia coli (E.coli) mediante transformación bacteriana por choque térmico. En la primera etapa de este proyecto la hIL4 se aisló de los cuerpos de inclusión (CI) a partir de cultivos, inducidos y expandidos. Los CI se solubilizaron para liberar la hIL-4, luego se renaturalizaron, dializaron y se purificaron por cromatografía de intercambio catiónico. Las fracciones cromatográficas se evaluaron por electroforesis de poliacrilamida y dializaron. Posteriormente la proteína se cuantificó, se liofilizó y se realizaron ensayos de verificación de plegamiento a partir de digestión con tripsina y FT-IR.
Como control de interacción se realizó un ensayo de ELISA colorimétrico en donde se utilizó la hIL-4 y un anticuerpo anti-hIL-4 de ratón. Luego, en la superficie de electrodos serigrafiados comerciales de oro y tinta de carbono y por dos métodos diferentes se detectó hIL-4. Uno de los métodos consistió en activar la superficie del electrodo de trabajo de carbono con PTAA y ensamblar el anticuerpo anti-hIL-4. Posteriormente, se añadió la hIL-4 y se analizó mediante transducción electroquímica. Se demostró que la hIL-4 a pH de 7.4 se cargó positivamente favoreciendo el proceso de atracción con el mediador [Fe(CN)6] 3-/4- y se difundió más fácilmente con menor repulsión electroestática. Finalmente, se concluyó que el diseño del biosensor fue exitoso para ser un modelo a priori; fácil de manipular, bajo costo de producción, flexible y selectivo para cuantificar el aumento de hIL-4 principalmente en la inflamación alérgica y HES. ABSTRACT: The relationship of human Interleukin-4 (hIL-4) with allergic inflammation and hypereosinophilic syndrome (HES) has been well established. hIL-4 blocks the production of IFN-γ, which results in an increase in eosinophils, which are responsible for bronchial obstruction, hyperreactivity, and airway remodeling. IL-4 is 129 aa, weighing 14.96 KDa, and is secreted by Th2 cells. The quantification of this biomarker is essential for early control of airway inflammation in diseases related to increased eosinophils such as allergies and HSE. This work first comprised the expression, renaturation to its native structure, and then purification of hIL-4; second, confirmation by biochemical and physical methods of its native structure (folding); and finally addressed the development of an immunosensor for the detection of hIL-4 that would be useful in diagnosing diseases characterized by overexpression of hIL-4 such as allergies and hypereosinophilic syndrome. hIL-4 was recombinantly produced in Echerichia coli (E. coli) by bacterial heat shock transformation. In the first stage of this project, hIL-4 was isolated from inclusion bodies (IB) from cultures, induced and expanded. IB were solubilized to release hIL-4, then renatured, dialyzed and purified by cation exchange chromatography. Chromatographic fractions were evaluated by polyacrylamide electrophoresis and dialyzed. Subsequently, the protein was quantified, lyophilized and folding verification assays were carried out from digestion with trypsin and FT- IR. As an interaction control, a colorimetric ELISA assay was performed in which hIL-4 and a mouse antihIL-4 antibody were used. Then, hIL-4 was detected on the surface of commercial screen-printed gold and carbon ink electrodes by two different methods. One of the methods was to activate the carbon working electrode surface with PTAA and assemble anti-hIL-4 antibody. Subsequently, hIL-4 was added and analyzed by electrochemical transduction. It was shown that hIL-4 at pH 7.4 was positively charged, favoring the attraction process with the mediator[Fe(CN)6]3-/4- and diffused more easily with less electrostatic repulsion. Finally, it was concluded that the biosensor design was successful to be an a priori model; easy to manipulate, low cost of production, flexible and selective to quantify the increase of hIL-4 mainly in allergic inflammation and HES.
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